弱通信条件下基于MPC与融合状态估计的多UUV编队控制方法

多无人水下航行器(UUV)编队控制在实际复杂海洋环境中面临着水声通信时延大、多中断和丢包等弱通信难题,如何提高其对通信的鲁棒性是重点研究方向之一。首先,建立了多UUV编队模型;其次,将多UUV编队航行分为有无参考路径两种状态,针对已知编队期望路径条件,将编队问题分解为路径跟踪与速度同步问题,设计了基于模型预测控制的路径跟踪控制和速度误差同步机制;再次,针对编队处于机动过程而缺乏参考路径的条件,提出了基于最小二乘的融合状态估计及其一致性编队控制方法;最后,在仿真环境最大队形误差0.6 m,验证了算法的有效性。与单积分器系统一致性编队控制算法对比分析表明,所提方法在队形控制精度、队形恢复时间以及编队的稳定性方面均具有一定优势,研究结果对多UUV编队应用具有重要的指导意义。     

无人艇航行安全控制系统设计与实现

针对自主式无人水面艇的航行安全问题,分析了无人艇海上自主航行中存在的主要安全隐患以及提高航行安全的技术手段;设计了无人艇航行安全控制系统的总体技术方案,首次提出基于"射线法"的无人艇航行安全控制算法,并实现了艇上完全自主和"人在回路"的基站被动安全控制两种安全保障措施,详细阐述了安全控制系统安控策略的执行流程,并利用MTLAB软件进行了仿真实验验证;在某型自主研制的无人水面艇上首次实现了航行安全控制系统的设计和安全控制试验。仿真和试验结果表明了该航行安全控制系统的有效性和可靠性。     

基于改进后语义分割模型的障碍物检测方法

障碍物检测是确保无人水面艇避障和安全航行的关键技术，针对水面反光区域误检和水面分割不准确导致的漏检问题，提出了一种基于改进后语义分割模型的障碍物检测方法，通过图像预处理、语义分割模型、显著性估计实现障碍物检测。首先，通过在预处理环节对水面中反光区域进行去除，避免其对后续检测的干扰；然后，通过引入海天线估计参数，用于调整语义分割模型初始化和先验信息，提高水面分割精度；最后，在水域范围内选取H形边界集合构造背景模型，由此判断水面中非水像素为障碍物。实验结果表明：该方法可以提高水面障碍物检测的准确度。     

欠驱动USV自主航行控制算法研究

为保证复杂海洋环境下欠驱动无人艇的安全航行控制,设计了一种具有航迹实时规划和动态跟踪能力的无人艇自主航行控制算法。首先,基于激光雷达的高精度环境探测能力,借鉴向量场直方图算法设计的基本原理提出了一种新的航迹实时规划算法;然后,基于无人艇三自由度运动学和动力学模型,利用视线法导引和输出反馈控制方法设计了航迹跟踪控制算法,并给出了系统的稳定性分析。理论分析和仿真实验结果证明:所设计的自主航行控制算法能够成功实现未知海洋环境下的安全航迹实时规划和航迹动态稳定跟踪功能。     

分布式多无人机编队控制与博弈算法研究

针对多无人机的任意队形编队控制问题,将博弈论引入分布式控制问题中,提出一种基于博弈的分布式控制算法。该算法将梯度下降和一致性方法结合,将多无人机编队问题转化为分布式博弈问题。通过一致性方法,系统内每个无人机个体都可以对其他个体的位置进行有效估计。利用梯度下降实现纳什均衡点的求解从而实现理想编队。在提出的分布式控制算法下,个体无人机无需全局信息,只需交换邻居个体的信息就可实现多无人机的任意编队。将算法应用到多旋翼无人机系统中,仿真结果表明了分布式算法有效性。     

近海威胁目标威胁度评估与无人艇兵力分配

针对近海防御战中威胁目标规模小、速度快、灵活性强的特点,为提高无人水面艇编队御敌的作战效能,及动态适应战场态势的复杂变化,提出近海威胁目标威胁度评估模型和无人艇调度分配方案.建立威胁度影响要素框架,设计各影响要素的效用函数,通过熵权法和TOPSIS算法得出威胁目标的威胁度,并对蚁群算法中的信息蒸发系数进行改进,基于威胁...     

量化和噪声约束条件下多Lagrange航行体编队的分布式跟踪控制

对量化和噪声约束条件下多Lagrange航行体编队的跟踪控制进行了研究,提出了一种右边不连续的非线性控制算法。同时,利用微分包含理论、图论以及矩阵理论,对控制器的稳定性进行了验证。研究结果表明:多Lagrange航行体编队可以在量化和噪声影响的有向通信图下,达到有误差界的跟踪。最后,运用三自由度的无人水下航行器进行数值仿真,证明了该控制算法的有效性。     

水面无人艇发展与应用

水面无人艇是一种能够在海洋环境下自主航行,并完成各种任务的小型水面运动平台。介绍了当前无人艇的发展现状,对无人艇的基本技术特点进行了总结,对其在反潜战、反水雷战、信息战、非常规作战等领域的应用以及需要解决的关键技术进行了分析。随着未来战争对发展无人作战平台的需求,无人艇成为海上无人系统的重要组成部分,并向着智能化、体系化、标准化的方向发展。     

基于半实物仿真的水面无人艇测试系统构建方法

水面无人艇是一种新型无人自主作战舰艇,能够通过任务设定、预规划航路、搭载不同的任务载荷,完成多种任务,包括警戒巡逻、侦察监视、反潜反水雷等.由于水面无人艇对工作环境要求较高,因此为了能够在实艇海上试验之前,在实验室条件下进行充分的测试,提出一种基于半实物仿真的水面无人艇测试系统构建方法,测试系统基于由实物岸基航行任务指...     

多自主水下航行器编队控制系统设计

针对在大范围海域完成搜索和侦察任务的多自主水下航行器(Multiple AUV,MAUV)系统,提出一种MAUV控制系统的体系结构和编队航路点跟踪控制算法.控制系统采用分层递阶体系结构,包含任务规划层、控制协调层、运动控制层和执行控制层.而编队控制算法则采用"领航者-跟随者"法,基于横向跟踪控制,领航者沿连接航路点的直...     

基于改进MPC的分布式大间距多车编队控制研究（上）

针对多车辆系统大间距编队控制问题,设计了一种分布式的改进模型预测控制（MPC）方法。建立二阶2自由度非完整约束模型及基于领航跟随法的编队模型。修正线性化展开点,优化MPC预测模型,提升系统保守性,增强实时轨迹跟踪性能。通过滚动优化完成编队控制。仿真实验结果验证了所提控制方法的有效性与可靠性。     

欠驱动无人艇路径跟踪控制算法

针对欠驱动无人艇水平面内的路径跟踪问题,首先建立了无人艇的运动学和动力学模型;然后,基于视线导引策略和输出反馈控制思想设计了路径跟踪控制算法;最后,通过对无人艇位置误差镇定、航向角和纵向速度的跟踪控制,实现了三自由度欠驱动无人艇直线和曲线路径跟踪。理论分析和仿真实验证明:所提出的路径跟踪控制算法具有较小的稳态误差和良好的动态性能。     

分布式水面舰艇编队防潜仿真系统设计

为了实现在攻防对抗条件下水面舰艇编队防潜作战过程的仿真,通过对分布式水面舰艇编队防潜仿真系统功能、组成、仿真流程和仿真模型的研究,提出了分布式水面舰艇编队防潜仿真系统的设计方案。分布式水面舰艇编队防潜仿真系统可用于研究防潜作战战法,验证新型武器系统的作战性能,论证各种反潜武器装备的作战需求。     

UUV编队协同搜索静止目标的准最优方法

考虑到操作的简单性且实际执行搜索任务时搜索力不是无限可分,将连续空间的搜索问题转换为离散空间的最优搜索问题。通过划分网格,将连续的目标位置分布离散化。根据最优搜索理论,提出了单个无人水下航行器的准最优随机搜索方法,较好地逼近理论最优值。并以此为基础,分析了无人水下航行器编队的3种协同搜索方法:集中最优搜索、分散最大概率搜索和准最优搜索。最后通过实例仿真,得出了编队准最优搜索策略的有效性、优越性和可操作性。此方法将对无人水下航行器编队的战法研究具有参考借鉴意义。     

面向目标对峙跟踪的四旋翼协同编队控制方法

针对多四旋翼编队飞行过程中对地面目标对峙跟踪、几何队形生成、稳固保持和协同抗干扰问题,设计了一种可应对外部环境干扰和气动参数不确定性的多四旋翼主从式协同目标跟踪方法。首先,建立存在外部干扰以及参数不确定性的四旋翼运动学/动力学模型;其次,基于Lyapunov导航向量场设计领航者的对峙跟踪航迹使得领航者以固定对峙半径实现对目标的盘旋跟踪;然后,构造多四旋翼分布式位置保持控制器,为后续姿态控制器构造提供必要的期望指令;最后,针对四旋翼外部环境干扰和气动参数不确定性设计基于自抗扰控制的多四旋翼姿态跟踪控制器。仿真结果表明所提方法可以在局部智能体通信的前提下实现对地面目标的对峙跟踪,显著改善四旋翼编队系统的抗干扰能力,提升干扰环境下多四旋翼编队几何构型的稳固性。     

海洋能驱动航行器的能源最优航迹规划研究

无人水面航行器在航行过程中受到尺寸限制,只能携带有限的能源,而海洋中蕴含大量的能源,如果无人水面航行器在航行过程中能利用广泛分布的海洋能源,那么其续航能力将会显著提升.研究一种海洋能驱动航行器的能源最优航迹规划方法,使海洋能驱动航行器在航行过程中尽可能少地消耗能源,并尽可能多地利用海洋能.首先,选取我国南海部分海域作为...     

NCW背景下的潜艇对水面舰艇编队威胁判断

针对网络中心战(NCW)背景下水面舰艇编队反潜的实际情况,采用层次分析理论探究潜艇对水面舰艇编队的威胁判断问题。将编队攻击意图系数和编队攻击达成系数引入威胁判断,从编队攻击意图推理、攻击紧迫程度和攻击达成可能性三个方面建立了潜艇对于威胁的总体感知模型框架。该模型框架较之以往更全面地考虑了水面舰艇编队对潜艇的威胁因素,为下一步刻画潜艇对威胁的感知提供基础。     

无人艇集结控制模型研究

为研究不同位置的无人艇在有限时间内集结的问题,首先将无人艇在有限时间内的集结控制问题转换成无人艇在替代变量反馈控制器下的全局有限时间同步问题,并构造了无人艇集结控制模型;然后,应用有限时间同步理论证明了无人艇集结(同步)的判据并推导了集结(同步)时间的估计表达式;最后,通过数值仿真对所得结果进行了验证,证明了该模型的有效性。     

三架固定翼无人机协同编队飞行避障策略

针对无人机编队执行空战任务过程中存在无人机之间以及无人机与障碍物发生碰撞的问题，提出单向网络连接结构的多无人机避障算法和基于人工势场的控制方法，同时应用于无人机编队避障控制。以三架无人机构成的正三角形编队作为控制体，同时以长机的运动轨迹作为期望路径，长机提供僚机飞行信息，僚机接受信息保持编队飞行。多无人机编队发现障碍物到避障完成的过程包括编队集结、松散队形、最终恢复集结正三角形编队。仿真实验结果表明，所提避障控制策略能够确保编队收敛于期望的队形和稳定飞行状态。     

基于多Agent的舰艇编队反舰作战指挥模式研究

采用多Agent仿真方法对水面舰艇编队反舰作战中指挥模式问题进行了探讨。构建了基于多Agent的反舰作战仿真模型,着重考虑了通信可靠性对Agent之间信息共享的影响,在此基础上采用大样本仿真手段研究了不同条件下的编队指挥模式。研究结果确定了在不同的敌舰艇防空能力、不同的通信可靠性条件下,编队反舰作战的最佳指挥模式。研究方法为调整编队指挥控制结构、充分发挥编队作战效能提供了一种新手段。