自守位聲納浮標的區(qū)域控位方法研究.pdf

1、聲納浮標布設較為簡單，多個聲納浮標組成測量陣，測量準確，可以彌補固定聲納的探測盲區(qū)，并且沒有本艦噪聲干擾，是重要的水聲探測設備。針對目前聲納浮標必須采用錨系于海底，布放回收麻煩，測量陣在布設完成以后不能根據(jù)海上試驗需要進行變陣的缺點，設計一種具有一定機動能力和自動進行位置保持的自守位聲納浮標，能夠有效的簡化聲納浮標的布放回收，縮短浮標測量陣布設時間，提高海上試驗效率。借鑒綠色動力定位的思想，設計聲納浮標基于模型預測控制的區(qū)域定位控制器，

2、能有效降低聲納浮標在進行位置保持時消耗的功率，節(jié)省電能，延長聲納浮標的工作時間。
　　本文首先完成自守位聲納浮標的設計，是以后研究工作的基礎。對聲納浮標的殼體線型進行優(yōu)化，提出四種改進線型，采用計算流體力學的方法，計算每種線型的阻力，找到一種阻力最小的浮標殼體線型。完成殼體設計以后，對聲納浮標各個部分進行優(yōu)化布置，提高聲納浮標的初穩(wěn)心高度。為聲納浮標控制系統(tǒng)的選擇合適的硬件，設計相關電路，比較常用幾種航向測量方法，最終選擇價格適中

3、，性能滿足要求的MTi-G測量浮標艏向。自守位聲納浮標設計完成后，對聲納浮標的航速、續(xù)航時間進行校核和穩(wěn)定性進行校核。其次，結合自守位聲納浮標自身的結構特點，參考一般船舶的建模過程，建立聲納浮標的六自由度模型?；谧允匚宦暭{浮標工作時的特點，忽略垂蕩和橫搖，得到簡化的聲納浮標四自由度模型。在縱傾較小前提下，對其四自由模型進一步簡化，得到單自由度縱傾模型和三自由度水平面運動模型，實現(xiàn)縱傾和其他三個自由度實現(xiàn)了解耦。分析聲納浮標海上區(qū)域定位

4、時位置發(fā)生漂移的原因，主要在海流和二階波浪漂移力的作用下發(fā)生漂移，建立海流和海浪的模型。針對聲納浮標產(chǎn)生縱傾的原因，設計了縱傾PD控制器，并進行了仿真驗證。再次，參考GreenDP的特點和聲納浮標區(qū)域定位要求，設計聲納浮標的區(qū)域定位控制策略，即能滿足總做要求，又能節(jié)省電能，延長聲納浮標工作時間。詳細介紹模型預測控制的分類和原理，結合聲納浮標模型非線性和強耦合的特點，采用對模型預測控制性能指標進行泰勒展開的方法設計聲納浮標區(qū)域定位控制器，