水面無人艇運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的初步研究.pdf

1、USV的巨大潛力使得世界上多個國家對 USV的研究日益火熱。在高度動態(tài)和不可預(yù)測的海洋環(huán)境里，為了提高水面無人艇自身安全性及執(zhí)行任務(wù)的可靠性，對無人艇運動模態(tài)的實時監(jiān)測很有必要。本文提出了水面無人艇運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)的概念，有機結(jié)合多項硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)建了水面無人艇運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)，對水面無人艇穩(wěn)性、快速性、操縱性、耐波性等四項性能進行實時監(jiān)測。設(shè)計并制作了一艘含有防飛濺條的新型水面無人艇，通過系列試驗對所設(shè)計的水面無人艇運動模態(tài)

2、實時監(jiān)測系統(tǒng)分別進行了各項分系統(tǒng)、總系統(tǒng)的驗證。根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計思路制定了系統(tǒng)成功判定標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合試驗具體情況，判定所設(shè)計的水面無人艇運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)工作正常，系統(tǒng)設(shè)計成功。具體工作如下：
　　（1）就構(gòu)建USV運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)所要涉及到的方法、原理、硬件儀器、所需條件等方面，結(jié)合市場調(diào)查和大量的文獻查找，進行了論證。論證結(jié)果表明本文設(shè)計的USV運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)原理正確、方案可行。
　?。?）提出了新型水面無人艇

3、的選型依據(jù)和創(chuàng)新性設(shè)計，完成了艇模制作。分別給出了推進系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)的詳細設(shè)計和計算過程，確定了合適的主機、軸系、螺旋槳、舵葉和舵機。
　?。?）構(gòu)建了USV運動模態(tài)實時監(jiān)測硬件系統(tǒng)。采用PAC作為艇載核心控制器，導(dǎo)航定位系統(tǒng)由DGPS和三維電子羅盤組成，姿態(tài)測量系統(tǒng)由激光測距傳感器、微慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)測量儀MTi構(gòu)成，數(shù)據(jù)傳輸采用無線數(shù)傳電臺，能源系統(tǒng)主要采用24V磷酸鐵鋰蓄電池及變壓器和1.5V5＃電池組，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用PC電腦

4、。筆者對各類設(shè)備和傳感器的工作原理進行了較為詳細的闡述，通過反復(fù)測試，該硬件監(jiān)測系統(tǒng)可以滿足需求。
　?。?）構(gòu)建了USV運動模態(tài)實時監(jiān)測軟件系統(tǒng)。包括：建立了USV穩(wěn)性、快速性、操縱性、耐波性相關(guān)運動數(shù)學(xué)模型，基于遺傳算法確立了快速性、操縱性、耐波性等性能研究的系統(tǒng)辨識模型并基于VB6.0改編了系統(tǒng)辨識程序；基于VB.NET語言編寫了USV運動控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)瘸绦颉?br>　　對USV運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)進行了試驗驗證

5、。由于USV設(shè)備布置固定后，在航行過程中重量重心不會發(fā)生變化，故初穩(wěn)性高度不會發(fā)生變化，所以對于水面無人艇穩(wěn)性性能的實時監(jiān)測以傾斜試驗結(jié)果作為參考，文中通過傾斜試驗計算得出了初穩(wěn)性高度。分別進行了水面無人艇快速性、耐波性、操縱性各分系統(tǒng)的實時監(jiān)測試驗，驗證了各分項監(jiān)測系統(tǒng)能對所涉性能進行正常的實時監(jiān)測。最后通過模擬USV在任務(wù)執(zhí)行中可能會出現(xiàn)的航行情況，進行了水面無人艇運動模態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)總的試驗驗證。試驗結(jié)果表明，所設(shè)計的水面無人艇運