面向地形勘察使命的多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制方法研究.pdf

1、海洋是具有發(fā)展?jié)摿Φ目臻g。然而,人類并不適合于去探索水下環(huán)境。因此,自主水下航行器(以下簡稱AUV)被廣泛用于進行水下探索。單個AUV可能難以勝任十分復雜的任務,于是多AUV系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)出來,通過建立合理的多AUV之間的協(xié)同機制,能夠改善單個AUV的功能缺陷,提高作業(yè)效率。利用多AUV系統(tǒng)來進行海洋開發(fā),就必須要對海洋地形進行勘察,而勘察的基礎也就是實現(xiàn)海洋勘察區(qū)域的全覆蓋,因此對于多AUV區(qū)域覆蓋控制方法的研究逐漸深入起來。
　

2、　通過多執(zhí)行多區(qū)域地形勘察任務可以實現(xiàn)較短時間內(nèi)較大范圍區(qū)域的探測與覆蓋的目標,提高了單AUV執(zhí)行區(qū)域覆蓋探測任務的效率,并可以應用于大范圍水雷探測、海底資源或結(jié)構(gòu)物勘探等領(lǐng)域,已成為水下AUV技術(shù)領(lǐng)域研究的重點。本文面向海底地形勘察使命研究多AUV群體協(xié)同區(qū)域覆蓋控制方法,重點研究了AUV局部路徑規(guī)劃、單AUV區(qū)域覆蓋控制、多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制等方法,并通過構(gòu)建三維協(xié)同仿真平臺驗證所研究方法的有效性和可行性。
　　本文主要開

3、展了以下方面的研究工作:
　　首先,開展了面向AUV區(qū)域覆蓋的局部路徑規(guī)劃方法研究,建立了前視聲納的視域模型,用其進行障礙物的探測,通過對比粒子群、蟻群算法的優(yōu)缺點,設計了一種粒子群蟻群相融合的AUV局部路徑規(guī)劃算法,并在Qt平臺下完成粒子群規(guī)劃、蟻群規(guī)劃及融合規(guī)劃的仿真對比實驗。
　　其次,針對部分已知環(huán)境下AUV區(qū)域覆蓋控制問題,建立了AUV模型、探測區(qū)域地形模型以及外部干擾模型,給出了環(huán)境干擾下有效探測寬度的計算方法,

4、并設計了基于有效探測寬度計算的區(qū)域覆蓋控制方法。
　　再次,設計了多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋任務中的兩種角色,提出了動態(tài)角色分配機制,并且詳細介紹了角色的定義以及相關(guān)模型,此方法將AUV分為掃描與覆蓋兩種角色,通過角色互換實現(xiàn)高效、協(xié)同區(qū)域覆蓋,通過對改進前后的區(qū)域覆蓋控制方法的性能評價和Qt平臺下仿真實驗結(jié)果,驗證了該方法的有效性。
　　最后,基于Creator建模和VegaPrime開發(fā)軟件,構(gòu)建了多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制三維