自守位聲納浮標(biāo)的區(qū)域控位方法研究.pdf

1、聲納浮標(biāo)布設(shè)較為簡單，多個(gè)聲納浮標(biāo)組成測量陣，測量準(zhǔn)確，可以彌補(bǔ)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(shè)備。針對目前聲納浮標(biāo)必須采用錨系于海底，布放回收麻煩，測量陣在布設(shè)完成以后不能根據(jù)海上試驗(yàn)需要進(jìn)行變陣的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種具有一定機(jī)動能力和自動進(jìn)行位置保持的自守位聲納浮標(biāo)，能夠有效的簡化聲納浮標(biāo)的布放回收，縮短浮標(biāo)測量陣布設(shè)時(shí)間，提高海上試驗(yàn)效率。借鑒綠色動力定位的思想，設(shè)計(jì)聲納浮標(biāo)基于模型預(yù)測控制的區(qū)域定位控制器，

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

3、，性能滿足要求的MTi-G測量浮標(biāo)艏向。自守位聲納浮標(biāo)設(shè)計(jì)完成后，對聲納浮標(biāo)的航速、續(xù)航時(shí)間進(jìn)行校核和穩(wěn)定性進(jìn)行校核。其次，結(jié)合自守位聲納浮標(biāo)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參考一般船舶的建模過程，建立聲納浮標(biāo)的六自由度模型?；谧允匚宦暭{浮標(biāo)工作時(shí)的特點(diǎn)，忽略垂蕩和橫搖，得到簡化的聲納浮標(biāo)四自由度模型。在縱傾較小前提下，對其四自由模型進(jìn)一步簡化，得到單自由度縱傾模型和三自由度水平面運(yùn)動模型，實(shí)現(xiàn)縱傾和其他三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)了解耦。分析聲納浮標(biāo)海上區(qū)域定位

4、時(shí)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(biāo)產(chǎn)生縱傾的原因，設(shè)計(jì)了縱傾PD控制器，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。再次，參考GreenDP的特點(diǎn)和聲納浮標(biāo)區(qū)域定位要求，設(shè)計(jì)聲納浮標(biāo)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(biāo)工作時(shí)間。詳細(xì)介紹模型預(yù)測控制的分類和原理，結(jié)合聲納浮標(biāo)模型非線性和強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，采用對模型預(yù)測控制性能指標(biāo)進(jìn)行泰勒展開的方法設(shè)計(jì)聲納浮標(biāo)區(qū)域定位控制器，