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结合背景建模的水下运动发光目标阈值分割方法
1
作者
王嘉
关夏威
+3 位作者
张昊
付少波
张宇昂
宋清华
《水下无人系统学报》
2025年第1期92-98,共7页
针对水下运动发光目标的视觉定位提出了一种结合背景建模的自适应阈值分割方法。首先基于高斯混合模型进行背景建模,粗略筛选出图像中具有动态特性的若干区域;然后在HSV色彩空间中对这些区域内像素的特征进行分析,以此判别区域内是否存...
针对水下运动发光目标的视觉定位提出了一种结合背景建模的自适应阈值分割方法。首先基于高斯混合模型进行背景建模,粗略筛选出图像中具有动态特性的若干区域;然后在HSV色彩空间中对这些区域内像素的特征进行分析,以此判别区域内是否存在目标;得到包含有目标的区域后应用Otsu法计算区域内的分割阈值;最后,基于该阈值对包含目标区域进行二值化处理实现目标提取。该方法为缓解水下复杂场景中亮度变化和杂物干扰给视觉定位造成的影响,充分利用了目标的运动状态以及颜色、亮度属性,将背景建模和阈值分割相结合,提高了分割的精准度和稳定性。试验结果表明,该算法针对亮度变化、光晕模糊及气泡干扰等水下视觉定位中的常见问题具有较强的适应性,且不依赖于初始参数的选取,较为适合于工程应用。
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关键词
水下运动
发光目标
视觉定位
背景建模
阈值分割
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职称材料
一种面向AUV动态对接的声学补偿无迹粒子滤波算法
2
作者
付少波
关夏威
+1 位作者
王嘉
张昊
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2024年第5期208-213,共6页
[目的]针对浅水环境下自主水下航行器(AUV)动态对接过程中超短基线定位系统(USBL)声学相对导航问题,提出一种基于扰动观测器的补偿无迹粒子滤波算法(CUPF)。[方法]该算法依据航位推算模型补偿USBL数据中的缺失值,利用观测器技术估计AUV...
[目的]针对浅水环境下自主水下航行器(AUV)动态对接过程中超短基线定位系统(USBL)声学相对导航问题,提出一种基于扰动观测器的补偿无迹粒子滤波算法(CUPF)。[方法]该算法依据航位推算模型补偿USBL数据中的缺失值,利用观测器技术估计AUV动态对接过程中的未知扰动,结合无迹粒子滤波过滤USBL数据中的野值,并实现AUV状态的预估。[结果]湖试数据表明,所提方法能够有效地剔除USBL定位中的野值并填补缺失值,速度估计误差不超过15%,计算时间相较于传统算法减少了57%。[结论]所提方法可充分利用相对量测信息,在平滑AUV运动轨迹的同时提高USBL定位精度,准确估计AUV运动状态,有利于AUV顺利对接。
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关键词
自主式水下航行器
动态对接
补偿无迹粒子滤波
超短基线定位系统
扰动观测器
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职称材料
基于自抗扰理论的欠驱动AUV无模型自适应路径跟踪控制
3
作者
付少波
关夏威
张昊
《水下无人系统学报》
2024年第2期328-336,375,共10页
面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求,针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题,从无模型控制的角度出发,提出了一种适用于AUV的基于自抗扰控制理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。该算法针对...
面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求,针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题,从无模型控制的角度出发,提出了一种适用于AUV的基于自抗扰控制理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。该算法针对2阶系统模型特性,结合视线角制导重新设计控制输入准则函数对无模型自适应控制(MFAC)进行了改进,解决了MFAC只适用于自衡系统的问题。引入跟踪微分器对期望信号进行指令平滑,考虑未知复合干扰的影响设计了线性扩张状态观测器,在控制器中对估计扰动进行补偿,并证明了所提控制器的稳定性,提升了系统鲁棒性。在同样的干扰情况下,文中控制方案相比传统比例-积分-微分控制器抗干扰能力提升了42.37%,控制精度提高了45%,表明ADRC-MFAC能够明显改善AUV的抗干扰性能,提高路径跟踪精度。
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关键词
自主水下航行器
无模型自适应控制
路径跟踪
自抗扰
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职称材料
基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法
4
作者
王嘉
关夏威
+1 位作者
付少波
马哲松
《舰船科学技术》
北大核心
2024年第10期98-101,共4页
本文提出一种结合声学和光学定位手段的UUV水下回收方法,并重点对视觉定位进行研究。针对光照剧烈变化情况下视觉定位稳定性差的问题,设计一种基于先验信息的目标轮廓提取算法,充分利用环境亮度信息和合作目标的物理属性,通过筛选兴趣区...
本文提出一种结合声学和光学定位手段的UUV水下回收方法,并重点对视觉定位进行研究。针对光照剧烈变化情况下视觉定位稳定性差的问题,设计一种基于先验信息的目标轮廓提取算法,充分利用环境亮度信息和合作目标的物理属性,通过筛选兴趣区(ROI)、动态阈值等方法,有效解决图像背景亮度过高或亮度不均衡导致的目标漏检、误检等问题,提升对目标轮廓的分割精度,从而优化目标图像坐标及空间坐标的计算准度。在湖验中应用该算法,实现全天时、全天候对UUV目标的可靠检测与准确定位,验证了该算法对环境亮度变化的鲁棒性。
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关键词
水下回收
视觉定位
先验信息
目标轮廓
环境光照
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职称材料
液压远距驱控AUV运动模拟系统设计
5
作者
宋师伟
关夏威
+2 位作者
何景异
李维嘉
陈晨
《机电设备》
2023年第2期38-44,共7页
为满足水下自治式航行器(AUV)运动模拟需求,设计1套远距离液压驱动控制的6自由度运动平台系统。在Simulink与AMESim环境中分别建立运动平台的数学模型和液压驱动控制系统仿真模型,开展了液压系统优选设计与控制方法研究。针对系统管路...
为满足水下自治式航行器(AUV)运动模拟需求,设计1套远距离液压驱动控制的6自由度运动平台系统。在Simulink与AMESim环境中分别建立运动平台的数学模型和液压驱动控制系统仿真模型,开展了液压系统优选设计与控制方法研究。针对系统管路距离长、通径小的特点及设备体积小的需求,采用液压缸差动连接及在平台底座设置蓄能器的方式,降低系统流量需求并抑制管道中的液压冲击,有效缩小泵站设计尺寸。针对电液比例换向阀存在的阀芯死区/零偏、液压缸非对称性及时变负载等问题,采用一种变参数自适应补偿控制方法,实现6套液压控制回路的高精度协调运动。联合仿真及试验验证表明:液压控制系统的设计满足实际应用需要。
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关键词
6自由度运动平台
液压控制系统
远距离管道
液压冲击
变参数自适应补偿
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职称材料
水下激光成像系统分辨率自动检测算法研究
被引量:
2
6
作者
唐耿彪
张巍
关夏威
《舰船电子工程》
2021年第10期170-173,183,共5页
针对传统水下激光成像系统分辨率性能指标检测方法存在的不足,提出一种基于信息熵和多峰直方图的分辨率靶板自动检测算法。该算法利用等比例尺缩放法对靶板图像中不同分辨率线对区域进行定位,提取分辨率线对图像,采用基于最大信息熵法...
针对传统水下激光成像系统分辨率性能指标检测方法存在的不足,提出一种基于信息熵和多峰直方图的分辨率靶板自动检测算法。该算法利用等比例尺缩放法对靶板图像中不同分辨率线对区域进行定位,提取分辨率线对图像,采用基于最大信息熵法对线对图像进行分割,通过差分法统计直方图中波峰的数量,计算靶板中线对数目,检测系统的分辨率。实验结果表明,该算法对光照和噪声具有鲁棒性,能有效地检测出系统的分辨率,提高性能指标检测的稳定性和准确性。
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关键词
水下成像
信息熵
多峰直方图
分辨率检测
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职称材料
UUV水下回收冗余视觉定位系统
7
作者
王嘉
关夏威
+3 位作者
刘智
王心亮
张昊
陈虹
《舰船科学技术》
北大核心
2023年第13期65-68,共4页
针对UUV水下回收过程中视觉定位系统易受异物遮挡和视野限制的问题,提出一种冗余视觉定位系统。该系统基于UUV双目相机同时部署单目视觉和双目视觉2种位姿估计算法,相应地在UUV回收装置上设置用于双目视觉定位的导引灯阵和用于单目视觉...
针对UUV水下回收过程中视觉定位系统易受异物遮挡和视野限制的问题,提出一种冗余视觉定位系统。该系统基于UUV双目相机同时部署单目视觉和双目视觉2种位姿估计算法,相应地在UUV回收装置上设置用于双目视觉定位的导引灯阵和用于单目视觉定位的二维码标识,一旦双目定位方法失效仍然可以通过单目定位方法继续实现定位功能,较传统的单目或双目定位系统具有更高的可靠性。经水池试验验证,该定位系统具有较好的定位速度和精度,且只有在灯阵目标和二维码目标均丢失的情况下才会失效。
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关键词
UUV
位姿估计
单目
双目
二维码
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职称材料
题名
结合背景建模的水下运动发光目标阈值分割方法
1
作者
王嘉
关夏威
张昊
付少波
张宇昂
宋清华
机构
武汉第二船舶设计研究所
出处
《水下无人系统学报》
2025年第1期92-98,共7页
基金
湖北省青年拔尖人才计划项目资助。
文摘
针对水下运动发光目标的视觉定位提出了一种结合背景建模的自适应阈值分割方法。首先基于高斯混合模型进行背景建模,粗略筛选出图像中具有动态特性的若干区域;然后在HSV色彩空间中对这些区域内像素的特征进行分析,以此判别区域内是否存在目标;得到包含有目标的区域后应用Otsu法计算区域内的分割阈值;最后,基于该阈值对包含目标区域进行二值化处理实现目标提取。该方法为缓解水下复杂场景中亮度变化和杂物干扰给视觉定位造成的影响,充分利用了目标的运动状态以及颜色、亮度属性,将背景建模和阈值分割相结合,提高了分割的精准度和稳定性。试验结果表明,该算法针对亮度变化、光晕模糊及气泡干扰等水下视觉定位中的常见问题具有较强的适应性,且不依赖于初始参数的选取,较为适合于工程应用。
关键词
水下运动
发光目标
视觉定位
背景建模
阈值分割
Keywords
underwater moving
luminous target
visual positioning
background modeling
threshold-based segmentation
分类号
TJ630.34 [兵器科学与技术—武器系统与运用工程]
U674 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
一种面向AUV动态对接的声学补偿无迹粒子滤波算法
2
作者
付少波
关夏威
王嘉
张昊
机构
武汉第二船舶设计研究所
出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2024年第5期208-213,共6页
基金
湖北省青年拔尖人才资助项目。
文摘
[目的]针对浅水环境下自主水下航行器(AUV)动态对接过程中超短基线定位系统(USBL)声学相对导航问题,提出一种基于扰动观测器的补偿无迹粒子滤波算法(CUPF)。[方法]该算法依据航位推算模型补偿USBL数据中的缺失值,利用观测器技术估计AUV动态对接过程中的未知扰动,结合无迹粒子滤波过滤USBL数据中的野值,并实现AUV状态的预估。[结果]湖试数据表明,所提方法能够有效地剔除USBL定位中的野值并填补缺失值,速度估计误差不超过15%,计算时间相较于传统算法减少了57%。[结论]所提方法可充分利用相对量测信息,在平滑AUV运动轨迹的同时提高USBL定位精度,准确估计AUV运动状态,有利于AUV顺利对接。
关键词
自主式水下航行器
动态对接
补偿无迹粒子滤波
超短基线定位系统
扰动观测器
Keywords
autonomous underwater vehicle(AUV)
dynamic docking
compensated unscented particle filter(CUPF)
ultra-short baseline(USBL)
disturbance observer
分类号
U674.941 [交通运输工程—船舶及航道工程]
P733.23 [天文地球—物理海洋学]
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职称材料
题名
基于自抗扰理论的欠驱动AUV无模型自适应路径跟踪控制
3
作者
付少波
关夏威
张昊
机构
武汉第二船舶设计研究所
出处
《水下无人系统学报》
2024年第2期328-336,375,共10页
基金
湖北省青年拔尖人才基金资助.
文摘
面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求,针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题,从无模型控制的角度出发,提出了一种适用于AUV的基于自抗扰控制理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。该算法针对2阶系统模型特性,结合视线角制导重新设计控制输入准则函数对无模型自适应控制(MFAC)进行了改进,解决了MFAC只适用于自衡系统的问题。引入跟踪微分器对期望信号进行指令平滑,考虑未知复合干扰的影响设计了线性扩张状态观测器,在控制器中对估计扰动进行补偿,并证明了所提控制器的稳定性,提升了系统鲁棒性。在同样的干扰情况下,文中控制方案相比传统比例-积分-微分控制器抗干扰能力提升了42.37%,控制精度提高了45%,表明ADRC-MFAC能够明显改善AUV的抗干扰性能,提高路径跟踪精度。
关键词
自主水下航行器
无模型自适应控制
路径跟踪
自抗扰
Keywords
autonomous undersea vehicle
mode-free adaptive control
path tracking
active disturbance rejection
分类号
TJ63 [兵器科学与技术—武器系统与运用工程]
U674 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法
4
作者
王嘉
关夏威
付少波
马哲松
机构
武汉第二船舶设计研究所
出处
《舰船科学技术》
北大核心
2024年第10期98-101,共4页
文摘
本文提出一种结合声学和光学定位手段的UUV水下回收方法,并重点对视觉定位进行研究。针对光照剧烈变化情况下视觉定位稳定性差的问题,设计一种基于先验信息的目标轮廓提取算法,充分利用环境亮度信息和合作目标的物理属性,通过筛选兴趣区(ROI)、动态阈值等方法,有效解决图像背景亮度过高或亮度不均衡导致的目标漏检、误检等问题,提升对目标轮廓的分割精度,从而优化目标图像坐标及空间坐标的计算准度。在湖验中应用该算法,实现全天时、全天候对UUV目标的可靠检测与准确定位,验证了该算法对环境亮度变化的鲁棒性。
关键词
水下回收
视觉定位
先验信息
目标轮廓
环境光照
Keywords
underwater recovery
visual positioning
priori information
target contour
environment brightness
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
液压远距驱控AUV运动模拟系统设计
5
作者
宋师伟
关夏威
何景异
李维嘉
陈晨
机构
华中科技大学船舶与海洋工程学院
武汉第二船舶设计研究所
出处
《机电设备》
2023年第2期38-44,共7页
文摘
为满足水下自治式航行器(AUV)运动模拟需求,设计1套远距离液压驱动控制的6自由度运动平台系统。在Simulink与AMESim环境中分别建立运动平台的数学模型和液压驱动控制系统仿真模型,开展了液压系统优选设计与控制方法研究。针对系统管路距离长、通径小的特点及设备体积小的需求,采用液压缸差动连接及在平台底座设置蓄能器的方式,降低系统流量需求并抑制管道中的液压冲击,有效缩小泵站设计尺寸。针对电液比例换向阀存在的阀芯死区/零偏、液压缸非对称性及时变负载等问题,采用一种变参数自适应补偿控制方法,实现6套液压控制回路的高精度协调运动。联合仿真及试验验证表明:液压控制系统的设计满足实际应用需要。
关键词
6自由度运动平台
液压控制系统
远距离管道
液压冲击
变参数自适应补偿
Keywords
6-DOF motion platform
hydraulic control system
long range pipeline
hydraulic shock
variable parameter adaptive compensation
分类号
U664.6 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
水下激光成像系统分辨率自动检测算法研究
被引量:
2
6
作者
唐耿彪
张巍
关夏威
机构
中科芯集成电路有限公司
武汉第二船舶设计研究所
出处
《舰船电子工程》
2021年第10期170-173,183,共5页
基金
国家重点研发计划项目(编号:2016YFC0301700)资助。
文摘
针对传统水下激光成像系统分辨率性能指标检测方法存在的不足,提出一种基于信息熵和多峰直方图的分辨率靶板自动检测算法。该算法利用等比例尺缩放法对靶板图像中不同分辨率线对区域进行定位,提取分辨率线对图像,采用基于最大信息熵法对线对图像进行分割,通过差分法统计直方图中波峰的数量,计算靶板中线对数目,检测系统的分辨率。实验结果表明,该算法对光照和噪声具有鲁棒性,能有效地检测出系统的分辨率,提高性能指标检测的稳定性和准确性。
关键词
水下成像
信息熵
多峰直方图
分辨率检测
Keywords
underwater imaging
information entropy
multimodal histogram
resolution detection
分类号
TP301.6 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
UUV水下回收冗余视觉定位系统
7
作者
王嘉
关夏威
刘智
王心亮
张昊
陈虹
机构
武汉市第二船舶设计研究所
出处
《舰船科学技术》
北大核心
2023年第13期65-68,共4页
文摘
针对UUV水下回收过程中视觉定位系统易受异物遮挡和视野限制的问题,提出一种冗余视觉定位系统。该系统基于UUV双目相机同时部署单目视觉和双目视觉2种位姿估计算法,相应地在UUV回收装置上设置用于双目视觉定位的导引灯阵和用于单目视觉定位的二维码标识,一旦双目定位方法失效仍然可以通过单目定位方法继续实现定位功能,较传统的单目或双目定位系统具有更高的可靠性。经水池试验验证,该定位系统具有较好的定位速度和精度,且只有在灯阵目标和二维码目标均丢失的情况下才会失效。
关键词
UUV
位姿估计
单目
双目
二维码
Keywords
UUV
pose estimation
monocular
binocular
QR code
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
结合背景建模的水下运动发光目标阈值分割方法
王嘉
关夏威
张昊
付少波
张宇昂
宋清华
《水下无人系统学报》
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
一种面向AUV动态对接的声学补偿无迹粒子滤波算法
付少波
关夏威
王嘉
张昊
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
3
基于自抗扰理论的欠驱动AUV无模型自适应路径跟踪控制
付少波
关夏威
张昊
《水下无人系统学报》
2024
0
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职称材料
4
基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法
王嘉
关夏威
付少波
马哲松
《舰船科学技术》
北大核心
2024
0
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职称材料
5
液压远距驱控AUV运动模拟系统设计
宋师伟
关夏威
何景异
李维嘉
陈晨
《机电设备》
2023
0
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职称材料
6
水下激光成像系统分辨率自动检测算法研究
唐耿彪
张巍
关夏威
《舰船电子工程》
2021
2
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职称材料
7
UUV水下回收冗余视觉定位系统
王嘉
关夏威
刘智
王心亮
张昊
陈虹
《舰船科学技术》
北大核心
2023
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职称材料
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