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多制式水声通信接收机智能解译网络设计
1
作者 刘兰军 成子宁 +2 位作者 陈家林 黎明 刘鸿浩 水下无人系统学报 2025年第2期280-290,共11页
针对复杂应用场景的信道自适应高质量水声通信需求,提出了一种支持正交频分复用(OFDM)、单载波调制(SCM)、多载波频域扩频(MC-FDSS)和单载波时域扩频(SC-TDSS)等4种信号调制方式的多制式水声通信接收机智能解译网络设计方案,分别采用基... 针对复杂应用场景的信道自适应高质量水声通信需求,提出了一种支持正交频分复用(OFDM)、单载波调制(SCM)、多载波频域扩频(MC-FDSS)和单载波时域扩频(SC-TDSS)等4种信号调制方式的多制式水声通信接收机智能解译网络设计方案,分别采用基于全连接深度神经网络(FC-DNN)和长短期记忆(LSTM)网络的智能解译模块代替传统的信道估计和信道均衡模块,针对非扩频和扩频信号调制方式设计了易于并行扩展的深度学习网络结构。基于5种典型时变信道模型进行了网络训练和测试,测试结果表明,设计的2种智能解译网络相较于传统的最小二乘(LS)估计+迫零均衡、LS估计+最小均方误差信道估计均衡方法,系统性能均有较大提升。在信噪比5 dB条件下,OFDM和SCM非扩频信号调制方式的系统误码率分别降低了约10倍和100倍;信噪比-5dB条件下,MC-FDSS和SC-TDSS扩频信号调制方式的系统误码率分别降低了约100倍和1000倍;设计的2种智能解译网络的系统性能相当,均具有良好的泛化性能,基于FC-DNN的智能解译网络的计算复杂度较低。 展开更多
关键词 水声通信 深度学习 全连接深度神经网络 长短期记忆 多制式
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基于深度神经网络的水下分布源波达方向估计算法
2
作者 梁奕念 李杰 +2 位作者 陈芳炯 季飞 余华 水下无人系统学报 2025年第2期317-324,共8页
针对传统子空间类波达方向(DOA)估计算法在处理不同相干性分布源定位时需依赖先验相干性信息的局限,文中提出一种基于深度神经网络(DNN)的水下分布源DOA估计方法。该方法利用部分相干分布源信号模型中时间和角度相干分量的可分性,通过... 针对传统子空间类波达方向(DOA)估计算法在处理不同相干性分布源定位时需依赖先验相干性信息的局限,文中提出一种基于深度神经网络(DNN)的水下分布源DOA估计方法。该方法利用部分相干分布源信号模型中时间和角度相干分量的可分性,通过分段均值归一化方法简化模型,并构建DNN模型,通过多组不同相干系数的样本数据训练,实现了对不同相干性分布源DOA角度的鲁棒性估计。仿真实验结果表明,该方法无需相干性先验知识即可有效估计不同相干系数下的分布源参数。将文中方法与4种传统子空间类方法和1种深度卷积神经网络算法进行对比,结果表明:在相干分布源情况下,文中方法在不同信噪比和快拍数条件下的均方根误差(RMSE)结果比其他方法平均降低0.42°;在非相干分布源情况下,当信噪比大于0dB且快拍数大于600时,文中方法的RMSE结果比其他方法平均降低0.04°;在全相干系数范围内,文中方法均表现出更优的估计性能,验证了其在复杂水下环境中的适用性。 展开更多
关键词 深度神经网络 分布源 波达方向估计 目标定位
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无人水下航行器反潜作战模型仿真
3
作者 曹迟 史文涛 +1 位作者 王百合 张群飞 水下无人系统学报 2025年第1期156-163,共8页
针对反潜作战场景下建立水下武器仿真系统的需求,文中通过分析无人水下航行器(UUV)战术特性,依据UUV反潜战作战规则及打击任务,依次给出了UUV发射控制、线导导引、目标探测、目标搜索跟踪和水下目标攻击等各功能子模块作战全流程,通过... 针对反潜作战场景下建立水下武器仿真系统的需求,文中通过分析无人水下航行器(UUV)战术特性,依据UUV反潜战作战规则及打击任务,依次给出了UUV发射控制、线导导引、目标探测、目标搜索跟踪和水下目标攻击等各功能子模块作战全流程,通过各功能子模块的建模构成完整的UUV反潜作战仿真模型,为水下对抗仿真任务提供了相应的动态链接库以便调用。经仿真验证,构建的UUV仿真模型能够根据使用者提供的敌我位置及声学参数等战场环境信息完成水下反潜打击作战任务,为水下武器对抗仿真系统的建立提供技术支撑。 展开更多
关键词 无人水下航行器 动态链接库 反潜作战 仿真系统
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基于极速学习的欠驱动无人艇鲁棒自适应路径跟踪控制
4
作者 贺新宇 王宁 吴浩峻 水下无人系统学报 2025年第2期341-349,共9页
针对欠驱动无人艇(USV)存在未建模动力学、参数不确定性和干扰等未知状况,提出一种基于极速学习的鲁棒自适应路径跟踪控制方案。首先,采用纵荡视线制导律,同时制导纵荡速度与航向角,避免制导过程的奇异现象,使得USV快速收敛至期望路径;... 针对欠驱动无人艇(USV)存在未建模动力学、参数不确定性和干扰等未知状况,提出一种基于极速学习的鲁棒自适应路径跟踪控制方案。首先,采用纵荡视线制导律,同时制导纵荡速度与航向角,避免制导过程的奇异现象,使得USV快速收敛至期望路径;其次,将包含系统不确定性和外部干扰的未知动态封装成一个集总未知项,利用极速学习机的单隐层前馈网络(SLFN)随机产生隐层节点,在线辨识该未知项,避免对USV先验知识的依赖和“维度爆炸”问题;然后,通过设计逼近残差自适应补偿器,同时在线更新SLFN的输出权重和逼近残差,形成双通道学习机制,不仅可以增强逼近能力,而且提高了跟踪精度;最后,设计自适应路径跟踪控制器,使得USV的纵荡速度与航向角制导误差可以渐进收敛到原点附近的小邻域。仿真实验验证了所提方案的有效性和优越性。 展开更多
关键词 欠驱动无人艇 极速学习 双通道学习机制 自适应控制 路径跟踪
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基于光照补偿与金字塔融合的水下图像增强方法
5
作者 岳成海 徐会希 +3 位作者 吕凤天 邵刚 朱宝彤 尹忠勋 水下无人系统学报 2025年第1期46-55,共10页
水下光学成像存在色偏、散射模糊与亮度不均的问题,现有的基于深度学习的方法与基于水下成像像质退化模型的图像增强方法存在鲁棒性差的问题。针对上述问题,文中提出光照补偿与金字塔细节融合的单幅水下图像增强方法。首先,结合全局照... 水下光学成像存在色偏、散射模糊与亮度不均的问题,现有的基于深度学习的方法与基于水下成像像质退化模型的图像增强方法存在鲁棒性差的问题。针对上述问题,文中提出光照补偿与金字塔细节融合的单幅水下图像增强方法。首先,结合全局照度与色彩通道特性在像素级实现光照强度的估计与补偿,实现各色彩通道的强度校正;然后,以高斯模糊估计图像散射分量并采用多尺度高斯滤波残差法去散射;最后,提出融合边缘增强、自适应Gamma校正及亮度均衡的多图金字塔细节融合亮度均衡方法,较好地保留图像细节信息的同时,解决图像亮度不均问题。对比现有方法,文中方法适应性更好,在水下图像质量评价指标与水下图像颜色质量评价指标等方面都具有性能提升的优势。 展开更多
关键词 水下图像增强 光照补偿 金字塔融合 亮度均衡 深度学习
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跨介质固定翼飞行器翼型优选及变弯度影响分析
6
作者 陆吉昕 宋文滨 +3 位作者 曹润桢 梁一帆 冯留柱 祁洋 水下无人系统学报 2025年第1期113-123,共11页
实现水空跨介质飞行的关键包括跨介质飞行剖面设计以及同时满足空中巡航的气动效率和水下滑翔对机翼翼型的不同要求。文中以一小型跨介质飞行器为平台,首先提出了一种基于传统固定翼飞行器与水下滑翔机融合设计的跨介质飞行剖面方案,确... 实现水空跨介质飞行的关键包括跨介质飞行剖面设计以及同时满足空中巡航的气动效率和水下滑翔对机翼翼型的不同要求。文中以一小型跨介质飞行器为平台,首先提出了一种基于传统固定翼飞行器与水下滑翔机融合设计的跨介质飞行剖面方案,确定若干典型工况,并根据工况选定基于NACA00和NACA44系列的备选翼型,采用Fluent的可压流动模型,对备选翼型集开展数值分析,通过数值仿真计算了备选翼型在空气与水中的升阻比、升力线斜率、升阻系数和力矩系数等气动和水动力特性,作为跨介质固定翼飞行器翼型的优选目标函数和约束条件。重点分析了其水下航行剖面下的优选翼型以及相应的飞行/潜航运动参数之间的关系,特别是翼型弯度变化对水下续航时间和航程的影响,为跨介质飞行器的方案设计提供翼型优选决策,建立的分析流程可为翼型的参数优化提供参考。 展开更多
关键词 跨介质 固定翼飞行器 飞行剖面 水下滑翔机 翼型
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基于EBM的UUV对目标威胁评估方法
7
作者 刘书伟 程健庆 刘凯 水下无人系统学报 2025年第1期164-172,共9页
针对传统的目标威胁评估方法处理复杂战场态势数据时,缺乏数据挖掘能力和神经网络算法解释性不足等问题,提出基于可解释增强机(EBM)的无人水下航行器(UUV)对目标威胁评估模型。EBM作为一种先进的机器学习技术,巧妙融合了梯度提升与广义... 针对传统的目标威胁评估方法处理复杂战场态势数据时,缺乏数据挖掘能力和神经网络算法解释性不足等问题,提出基于可解释增强机(EBM)的无人水下航行器(UUV)对目标威胁评估模型。EBM作为一种先进的机器学习技术,巧妙融合了梯度提升与广义加性模型,实现了线性模型的高可解释性与梯度提升算法准确性的完美结合。文中对EBM模型的性能进行了全面评估,并与分类提升、自适应提升以及深度学习等几种主流机器学习方法进行了比较。通过仿真实验发现, EBM模型在保持高可解释性的同时,对威胁等级识别的准确度也高达98.10%。这一结果不仅验证了EBM模型在复杂战场态势分析中的有效性,也为UUV的自主决策提供了坚实的理论基础和技术支持。 展开更多
关键词 威胁评估 无人水下航行器 可解释增强机 梯度提升
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基于自训练YOLO11模型的低虚警率声呐图像目标检测方法
8
作者 韩婧祺 南明星 +2 位作者 张鹏 陈佳杰 胡正良 水下无人系统学报 2025年第2期238-248,共11页
声呐图像目标自主检测作为水下无人系统的关键技术,在实际应用中面临着虚警率高的挑战,制约了其在水下无人系统中执行任务的质量和效率。为解决这一问题,文中设计了一种基于YOLO11模型的水下目标检测方法,为降低其虚警率,提出采用通过... 声呐图像目标自主检测作为水下无人系统的关键技术,在实际应用中面临着虚警率高的挑战,制约了其在水下无人系统中执行任务的质量和效率。为解决这一问题,文中设计了一种基于YOLO11模型的水下目标检测方法,为降低其虚警率,提出采用通过在声呐图像上自训练深度学习检测器的虚警率检测方法。该方法依据声呐图像目标检测数据集自动生成代理分类任务,通过预训练提高深度学习检测器对目标和背景特征的学习效果,从而提升检测器对目标和背景的分辨能力,有效降低虚警率。实测结果表明,在检测器置信各自取F1-score最大值对应的数值时,文中方法训练得到的YOLO11检测器相较于传统的迁移学习方法,虚警率降低了11.60%,且具有更高的召回率。该方法在不使用外部数据集的条件下,显著提升了深度学习检测器的泛化性,为水下小样本目标检测场景提供了一种高效的自训练方式。 展开更多
关键词 水下目标检测 虚警率 声呐图像处理 深度学习
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基于SVR的水声通信信噪比预测及发送功率自适应方法
9
作者 郑纪星 袁屿藩 +3 位作者 卓晓晓 陆雪松 瞿逢重 魏艳 水下无人系统学报 2025年第2期291-298,共8页
海洋环境噪声受海浪、风雨、海洋生物、船舶及工业等诸多因素影响,其功率具有较强的随机性;同时,海面温度及潮汐高度等因素的持续作用也会使其功率具有一定的周期性特征。水下环境噪声在水声通信时会直接影响通信误包率,提高发送功率可... 海洋环境噪声受海浪、风雨、海洋生物、船舶及工业等诸多因素影响,其功率具有较强的随机性;同时,海面温度及潮汐高度等因素的持续作用也会使其功率具有一定的周期性特征。水下环境噪声在水声通信时会直接影响通信误包率,提高发送功率可增大接收信噪比、降低误包率,但也会提高通信平均能耗。因此,为了降低水声通信的误包率与平均能耗,文中提出基于支持向量回归(SVR)算法对信噪比时间序列进行分析预测,并提出基于信噪比预测的水声通信发送功率自适应方法。仿真结果表明,相比于指数平滑及差分整合移动平均自回归模型(ARIMA)方法,基于线性核函数的SVR算法对信噪比预测效果最佳,在测试数据上的预测误差最小。在不同调制方式下,所提发送功率自适应方法均可在提高数据包传输成功率的同时降低每千字节能耗。 展开更多
关键词 水声通信 信噪比预测 发送功率自适应 支持向量回归
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水下清淤串并混联机械臂机构设计与仿真分析
10
作者 夏寅 苏文斌 +2 位作者 胡桥 张箭 石麟 水下无人系统学报 2025年第1期131-141,共11页
近年来,采用水下机器人清理水库底部淤泥逐渐成为一种全新的水下清淤解决方案,水下机械臂则是其实现清淤作业的主要工具。针对清淤过程中串联机械臂结构刚度低、可靠性差等问题,文中结合串联机械臂和并联机械臂设计了一款水下串并混联... 近年来,采用水下机器人清理水库底部淤泥逐渐成为一种全新的水下清淤解决方案,水下机械臂则是其实现清淤作业的主要工具。针对清淤过程中串联机械臂结构刚度低、可靠性差等问题,文中结合串联机械臂和并联机械臂设计了一款水下串并混联机械臂。首先通过螺旋理论设计了混联机构并完成了机械臂结构设计,然后通过有限元仿真软件进行强度校核和静刚度分析,结果表明串并混联机械臂与串联机械臂相比具有更高的结构刚度。该研究结果可对进一步改进和优化水下机械臂的设计提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 水下机械臂 串并混联 机构设计 有限元仿真
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空海异构无人系统协同控制与智能优化
11
作者 柯灿 陈惠芳 谢磊 水下无人系统学报 2025年第2期367-379,共13页
为应对日益复杂的海洋任务,文中构建了一个由空中无人机-无人水面艇-无人水下航行器组成的空海异构无人系统,研究其协同控制问题。对于异构无人系统的信息交互问题,各域均由1个领航者与多个跟随者组成,跨域通信由各域领航者完成。同时,... 为应对日益复杂的海洋任务,文中构建了一个由空中无人机-无人水面艇-无人水下航行器组成的空海异构无人系统,研究其协同控制问题。对于异构无人系统的信息交互问题,各域均由1个领航者与多个跟随者组成,跨域通信由各域领航者完成。同时,针对各域领航者轨迹问题,提出了一种基于人工势场法的协同轨迹规划算法,使各域领航者能够在避障情况下到达目标位置。对于受限的通信资源问题,为各域跟随者设计了一种基于间歇通信的脉冲层级编队控制协议,实现了避障下的编队控制,且减少了通信开销。另外,针对协同控制算法的收敛时间和通信能耗的多目标优化问题,通过设计收缩-扩张系数和动态密集距离策略,提出了一种改进的多目标量子行为粒子群优化算法,用于智能选择各域脉冲间隔,从而使协同控制算法的收敛时间与通信能耗间达到良好折衷。仿真结果表明,该空海异构无人系统能够在避障下实现编队控制,同时减少通信开销,与传统的多目标量子行为粒子群优化算法相比,所提算法具有更好的收敛性与全局搜索能力。 展开更多
关键词 空海异构无人系统 跨域通信 协同控制 智能优化
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基于模糊聚类和动态权重分配的水下传感器网络智能信任评估方法
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作者 王照辉 韩光洁 +2 位作者 杜嘉欣 林川 王雷 水下无人系统学报 2025年第2期220-228,共9页
水下传感器网络(USN)在海洋环境监测等领域具有重要作用,同时面临诸多的安全挑战。信任模型虽能有效抵御内部攻击,保障网络可靠性,但现有信任评估方法大多依赖于信任特征的线性加权和阈值比较的决策方式。在水下动态环境中,水流和温度... 水下传感器网络(USN)在海洋环境监测等领域具有重要作用,同时面临诸多的安全挑战。信任模型虽能有效抵御内部攻击,保障网络可靠性,但现有信任评估方法大多依赖于信任特征的线性加权和阈值比较的决策方式。在水下动态环境中,水流和温度等因素在时空上的不断变化,会导致节点信任特征的变化差异和信任值的整体波动,使得最优权重和合理阈值难以有效确定,影响评估的准确性与决策的可靠性。为解决这一问题,文中提出了一种基于模糊聚类和动态权重分配的智能信任评估方法。该方法首先对USN进行分层动态拓扑建模,以增强普适性;在此基础上综合计算节点的通信、能量和数据特征,以全面反映节点的状态;然后使用无监督机器学习算法模糊C均值聚类,实现自适应的节点信任决策,同时采用主客观结合策略,根据网络和环境条件为特征动态分配权重,从而实现对节点信任度的智能评估。仿真实验结果表明,该方法能够有效评估水下环境中节点的信任度,提高信任决策的可靠性,增强网络安全性。 展开更多
关键词 水下传感器网络 信任评估 模糊聚类 动态权重
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基于结构张量的图像融合方法在海上探测的应用
13
作者 马晓熠 陈奕宏 +1 位作者 王飞 谢硕 水下无人系统学报 2025年第1期84-91,共8页
单一传感器无法在海上探测中取得良好的效果。红外与可见光具有很强的互补性,将二者融合可以得到高质量的融合图像,能够更准确、全面地感知海上目标。然而现有的融合方法并未应用于海上探测领域,融合方法均缺少针对性,融合效果差,并且... 单一传感器无法在海上探测中取得良好的效果。红外与可见光具有很强的互补性,将二者融合可以得到高质量的融合图像,能够更准确、全面地感知海上目标。然而现有的融合方法并未应用于海上探测领域,融合方法均缺少针对性,融合效果差,并且缺少应用于海上融合的深度学习数据集。文中对基于结构张量的深度学习图像融合方法进行研究,针对海上目标的特点进行改进与优化,加入多尺度卷积并按照通道对图像进行融合,旨在获取目标显著且信息全面的高质量彩色融合图像。使用采集的数据进行实验,综合选取多种评价指标开展对比仿真实验研究。研究结果表明,改进的图像融合方法在6个指标上的融合效果优于原始算法,综合性能优于其他常用的10种图像融合算法,改进方法的泛化性在其他公开数据集上得到了验证。改进后的基于结构张量的图像融合方法在海上感知中有优异的表现,融合结果突出目标特征,融合性能优于其他方法。 展开更多
关键词 海上探测 图像融合 深度学习 结构张量
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融合重参数化与注意力机制的水下视觉多目标跟踪算法
14
作者 李军毅 何铭乐 +1 位作者 刘畅 徐雍 水下无人系统学报 2025年第2期249-260,共12页
复杂的水下环境会严重影响成像设备的稳定性和获取图像的质量,从而给水下无人自主系统视觉多目标跟踪带来极大挑战。为了解决水下相机抖动和图像退化带来的问题,文中提出一种适用于水下无人自主系统的融合重参数化与注意力机制的水下视... 复杂的水下环境会严重影响成像设备的稳定性和获取图像的质量,从而给水下无人自主系统视觉多目标跟踪带来极大挑战。为了解决水下相机抖动和图像退化带来的问题,文中提出一种适用于水下无人自主系统的融合重参数化与注意力机制的水下视觉多目标跟踪算法。首先,针对水下目标多样及图像退化等问题,提出基于重参数化和注意力机制改进的YOLOv8算法(RA-YOLOv8),通过融合结构重参数化的多尺度特征提取卷积结构(DBB-RFAConv)和注意力机制,有效增强网络的多尺度特征提取能力和提高模型的检测精度;然后,针对水下相机抖动问题给目标实时跟踪带来的挑战,提出基于Inner-PIoUv2改进的ByteTrack算法(IP2-ByteTrack),使用Inner-PIoUv2作为跟踪算法匹配过程中的相似度度量,增强模型在水下检测和跟踪任务中的性能,提高跟踪轨迹匹配准确性;最后,基于RA-YOLOv8和IP2-ByteTrack算法,提出一种用于水下无人自主系统的融合重参数化与注意力机制的水下视觉多目标跟踪算法。实验结果表明,所提算法在复杂水下环境中表现出优异的性能,能够有效解决现有方法在水下多目标跟踪中的不足。 展开更多
关键词 水下视觉 多目标跟踪 YOLO ByteTrack 重参数化 注意力机制
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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
15
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。 展开更多
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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基于深度强化学习的无人艇集群路径规划
16
作者 余满江 何家伟 邢博闻 水下无人系统学报 2025年第2期380-388,共9页
随着无人艇(USV)在海上搜索领域的广泛应用,传统的路径规划算法不能满足复杂的救援场景,会导致局部最优、任务完成率低以及收敛速度慢等情况。为此,提出了一种USV集群协同搜救的路径规划方法。首先,基于多智能体深度确定性策略梯度算法... 随着无人艇(USV)在海上搜索领域的广泛应用,传统的路径规划算法不能满足复杂的救援场景,会导致局部最优、任务完成率低以及收敛速度慢等情况。为此,提出了一种USV集群协同搜救的路径规划方法。首先,基于多智能体深度确定性策略梯度算法引入长短期记忆模块,增强USV对路径规划中时序信息的利用能力;其次,设计了多层级表征经验池,提高训练效率和数据利用率,减少不同经验间的干扰;最后,采用随机网络蒸馏作为好奇心机制,为USV探索新区域提供内在奖励,解决奖励稀疏导致的收敛问题。仿真实验结果表明,改进后的算法与原始算法相比,收敛速度提升了约38.46%,路径长度也缩短了27.02%,且避障能力上有显著提升。 展开更多
关键词 无人艇 深度强化学习 长短期记忆 好奇心机制 路径规划
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一种面向受限水域应用的水声-WIFI双链路协同控制AUV
17
作者 张檬 魏博文 +2 位作者 金均昊 童峰 张福民 水下无人系统学报 2025年第1期56-64,共9页
自主水下航行器(AUV)水下控制链路一般采用水声通信链路。对于浅海岸滩、水库、湖泊、管渠及洞穴等水域地形复杂的受限水域,复杂多径会对高速率水声通信性能造成严重影响,而有限水域深度为无线链路的应用提供了可能性。面向此类应用,文... 自主水下航行器(AUV)水下控制链路一般采用水声通信链路。对于浅海岸滩、水库、湖泊、管渠及洞穴等水域地形复杂的受限水域,复杂多径会对高速率水声通信性能造成严重影响,而有限水域深度为无线链路的应用提供了可能性。面向此类应用,文中设计了一种采用水声和WIFI双链路协同控制的小型AUV:SubseaBuddy-3,其水声链路采用低速率扩频水声通信方式以保证强多径条件下的通信可靠性,而高速率WIFI链路则可在浅水区工作,或应用于布放前的功能调试测试,以及回收阶段的控制和观测。通过水声链路、WIFI链路在不同工作深度、不同信息获取/回传状态进行协同,可满足受限水域条件下可靠指控、水下图像实时/准实时回传的需求。同时, AUV配备惯性测量单元和深度传感器,可进行姿态和深度控制。水池实验证实了双链路AUV的工作有效性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 水声通信 WIFI双链路 协同控制 受限水域
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基于LQR和ZOA的无人水面水翼航行器耐波性研究
18
作者 水新华 段富海 水下无人系统学报 2025年第1期65-73,共9页
文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究。首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控... 文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究。首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控制变量,建立其运动学与动力学模型,并将数学模型进行线性化处理;然后,将不规则海浪的质点垂加速度与波倾角作为干扰,采用Simulink进行LQR仿真;以降低无人水面水翼航行器航行过程中的运动幅值为目标,在不同采样频率及种群数量下,分别使用ZOA和粒子群算法对LQR的参数进行寻优并作对比;最后在不同遭遇角的随机海浪干扰下对耐波性指标进行仿真分析,验证LQR和ZOA算法的有效性与可行性,并给出无人水面水翼航行器的合理航向角,为其姿态控制及耐波性研究提供理论参考。 展开更多
关键词 无人水面水翼航行器 耐波性 随机海浪 线性二次型调节器 斑马优化算法
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带有推进器故障的无人艇自适应优化控制
19
作者 高颖 路明春 +1 位作者 张汝波 王宁 水下无人系统学报 2025年第2期333-340,388,共9页
针对带有推进器失效故障和动力学未知的无人艇(USV)自主控制问题,提出一种基于模型预测控制的自适应容错控制方法。首先,针对执行器部分失效故障,建立含有故障的USV动力学模型,将动力学模型中未知非线性动态和外部扰动形成集总非线性函... 针对带有推进器失效故障和动力学未知的无人艇(USV)自主控制问题,提出一种基于模型预测控制的自适应容错控制方法。首先,针对执行器部分失效故障,建立含有故障的USV动力学模型,将动力学模型中未知非线性动态和外部扰动形成集总非线性函数,利用神经网络逼近动力学中未知部分;为了实现对期望轨迹的高性能精确跟踪,构造以控制输入和状态误差为变量的指标函数,结合模型预测控制和反步控制设计了一种自适应自主容错控制策略;基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统内所有信号都有界,在此框架下构建的控制策略既可以补偿执行器故障和未知非线性动态对系统造成的影响,也可以保证系统的跟踪误差收敛到理想精度。仿真结果验证了所提方法的有效性和合理性。 展开更多
关键词 无人艇 容错控制 反步控制 模型预测控制 轨迹跟踪
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带有输入时延的多无人艇系统固定时间编队控制
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作者 李健翔 张文乐 黎明 水下无人系统学报 2025年第1期24-36,共13页
近年来,固定时间编队控制是多无人艇(USV)系统的研究热点,而输入时延问题是多USV系统固定时间编队过程中亟待解决的关键科学问题之一。鉴于此,在一般的有向交互拓扑结构下,文中针对含有输入时延的多USV系统的固定时间编队控制问题开展... 近年来,固定时间编队控制是多无人艇(USV)系统的研究热点,而输入时延问题是多USV系统固定时间编队过程中亟待解决的关键科学问题之一。鉴于此,在一般的有向交互拓扑结构下,文中针对含有输入时延的多USV系统的固定时间编队控制问题开展了深入研究。首先,应用Artstein约简方法将带有输入时延的多USV系统转化为具有2阶积分形式的含有扰动的控制系统。其次,为了克服系统扰动影响,仅使用USV的相对位置信息,构建固定时间状态观测器对系统状态进行估计。在此基础上,结合反步法,提出了一种分布式固定时间编队控制协议,实现了含有输入时延的多USV系统固定时间编队控制。最后,通过仿真实验验证了所提理论结果的正确性。 展开更多
关键词 多无人艇系统 固定时间编队控制 状态观测器 输入时延
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