基于人工势场和改进强化学习的自主式水下潜航器避障和航迹规划 被引量：2

1

作者 潘云伟 李敏 +4 位作者 曾祥光 黄傲 张加衡 任文哲 彭倍 《兵工学报》 北大核心 2025年第4期70-81,共12页

自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为重要的水下探测工具之一,广泛应用于各种海洋军事行动中。现有的AUV避障和路径规划研究多集中于网格地图,较少考虑AUV在水下的真实机动情况。针对该问题,提出一种基于积极经验... 自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为重要的水下探测工具之一,广泛应用于各种海洋军事行动中。现有的AUV避障和路径规划研究多集中于网格地图,较少考虑AUV在水下的真实机动情况。针对该问题,提出一种基于积极经验回放机制的改进近端策略优化(Positive-experience Retraining Proximal Policy Optimization,PR-PPO)算法和人工势场的AUV避障与路径规划方法。利用仿真软件中AUV模型自身传感器和水下环境构建动态人工势场。基于PR-PPO强化学习算法,通过与环境交互进行学习,建立AUV状态与动作之间的映射关系,无需动力学模型和地图信息,即可实现实时避障和路径规划。研究结果表明,与传统的竞争双深度Q网络算法和近端策略优化算法相比,所提算法不仅能保证任务的成功率,还缩短了模型训练时长,提升了收敛效果。 展开更多

关键词 自主式水下潜航器 强化学习 人工势场 避障 路径规划

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自主潜航器推进用磁场调制分数槽永磁电机的优化控制策略综述

2

作者 姚宇杰 乔鸣忠 +2 位作者 吴波 孙路成 王康宁 《兵工学报》 北大核心 2025年第S1期217-233,共17页

磁场调制分数槽电机利用磁场调制效应取消了传统电力推进中的齿轮箱结构,简化了电力推进系统结构,降低了系统的机械噪声,且具有的功率密度大、转矩密度高等优势而适用于自主式潜航器电力推进领域。磁场调制电机可利用多个励磁磁密谐波... 磁场调制分数槽电机利用磁场调制效应取消了传统电力推进中的齿轮箱结构,简化了电力推进系统结构,降低了系统的机械噪声,且具有的功率密度大、转矩密度高等优势而适用于自主式潜航器电力推进领域。磁场调制电机可利用多个励磁磁密谐波协同工作,显著提升电机的转矩密度,但类型电机同时会调制出部分低次电枢磁密谐波,导致磁场调制类电机功率因数低、谐波损耗大以及转矩脉动大等问题,对自主式潜航器的隐身性和工作效率产生了负面影响。将从电机优化控制层面,重点介绍转矩脉动抑制、提高功率因数以及效率优化的控制策略。最后对此类电机在新能源发电、舰船推进和电动汽车上应用的技术现状进行总结,并讨论该类电机在自主式潜航器上应用的关键技术和发展方向。 展开更多

关键词 自主式潜航器 磁场调制效应 分数槽 谐波抑制 优化控制

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水下无人潜航器内部磁场有限元仿真建模及其分布特性 被引量：1

3

作者 朱荣荣 王志刚 +4 位作者 魏先利 方勃懿 周兆兴 高晔 魏旭飞 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期88-93,100,共7页

针对水下无人潜航器(UUV)磁场分布特性的研究需求,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对UUV的磁场分布进行建模和仿真。分析UUV内部磁场来源及分布情况;对比分析磁偶极子理论计算与COMSOL磁场建模仿真,探讨利用COMSOL软件模拟方法... 针对水下无人潜航器(UUV)磁场分布特性的研究需求,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对UUV的磁场分布进行建模和仿真。分析UUV内部磁场来源及分布情况;对比分析磁偶极子理论计算与COMSOL磁场建模仿真,探讨利用COMSOL软件模拟方法开展磁场建模的可行性;运用COMSOL仿真软件,构建UUV几何模型,求解分析UUV平台干扰磁场分布特性。建模和仿真结果表明,利用COMSOL仿真软件实现磁偶极子建模是正确可靠的,UUV平台中后部磁感应强度最强,艏艉处磁感应强度最小,约为20 nT,为UUV平台的磁传感器安装位置和低磁性优化设计提供了依据。 展开更多

关键词 水下无人潜航器 磁场分布 建模仿真 磁偶极子

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自主式水下滑翔机集群应用及关键技术研究

4

作者 王征 屈新雨 李厚朴 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1341-1350,共10页

自主式水下滑翔机是一种可对目标海区进行长时序、大范围剖面观测与探测的新型无人水下平台。文中简述3种自主式水下滑翔机的典型应用场景,其中包括情报、监视和侦察,移动通信节点以及海洋现象观测。对国外自主式水下滑翔机集群的应用... 自主式水下滑翔机是一种可对目标海区进行长时序、大范围剖面观测与探测的新型无人水下平台。文中简述3种自主式水下滑翔机的典型应用场景,其中包括情报、监视和侦察,移动通信节点以及海洋现象观测。对国外自主式水下滑翔机集群的应用现状进行了详细介绍。对自主式水下滑翔机集群关键技术,从编队控制、路径规划、轨迹跟踪3个方面梳理了国内外技术最新研究现状。最后对自主式水下滑翔机未来发展进行了展望。 展开更多

关键词 自主式水下滑翔机 无人潜航器 编队控制 路径规划 轨迹跟踪 关键技术 发展现状

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水下无人潜航器集群发展现状及关键技术综述 被引量：58

5

作者 张伟 王乃新 +2 位作者 魏世琳 杜雪 严浙平 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期289-297,共9页

随着水下无人潜航器技术的发展和日渐成熟,单一水下无人潜航器已不能满足需求的发展,这就使多水下无人潜航器以集群的形式互相协作执行任务成为了水下无人潜航器发展的必然趋势。本文从军事领域和民用领域两方面介绍了国外主要水下无人... 随着水下无人潜航器技术的发展和日渐成熟,单一水下无人潜航器已不能满足需求的发展,这就使多水下无人潜航器以集群的形式互相协作执行任务成为了水下无人潜航器发展的必然趋势。本文从军事领域和民用领域两方面介绍了国外主要水下无人潜航器集群项目,包括项目设立目标和发展情况;分析了水下无人潜航器集群的一些关键技术的国内外研究现状和发展趋势,主要包括集群智能控制、通信网络设计、任务规划、路径规划、编队控制和导航定位等方面;最后对水下无人潜航器集群系统发展做出展望。 展开更多

关键词 水下无人潜航器集群 集群智能 路径规划 任务规划 编队控制 通信网络 关键技术 导航定位

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水下无人潜航器避障与导航仿真系统设计与应用 被引量：6

6

作者 郑为 邹启明 倪文玺 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期91-98,共8页

精确导航定位、有效探测和实时避障是水下无人潜航器执行远航程任务的基础。为了实现水下无人潜航器智能化功能的演示与验证,在研究组合导航模型和基于检测的动态避障策略的基础上,针对被仿对象的特点进行系统分析,提出了基于离散事件... 精确导航定位、有效探测和实时避障是水下无人潜航器执行远航程任务的基础。为了实现水下无人潜航器智能化功能的演示与验证,在研究组合导航模型和基于检测的动态避障策略的基础上,针对被仿对象的特点进行系统分析,提出了基于离散事件的多线程并发的仿真构架和模型组件化封装思路,设计了水下无人潜航器导航与避障仿真系统,划分功能模块,规划了仿真流程,面向不同作战想定实现水下无人潜航器数学仿真应用。试验结果表明,系统可以满足水下无人潜航器不同指标函数条件下导航与避障仿真演示验证需求。 展开更多

关键词 水下无人潜航器 组合导航 路径规划 离散事件仿真 多线程并发

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自主布放无人潜航器的无人水面艇研究 被引量：1

7

作者 崔健 赵宝德 +4 位作者 赵文涛 俞建成 刘开周 王银欢 曹哲 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第15期80-85,共6页

针对无人潜器自主布放技术问题,研究设计一种可自主布放无人潜器的无人水面艇系统。系统设计由艇体结构、自主布放、自主航行控制、岸基监控子系统组成。为了实现自主布放系统的安装控制需求,USV在艇体结构布局、能源供给和控制策略上... 针对无人潜器自主布放技术问题,研究设计一种可自主布放无人潜器的无人水面艇系统。系统设计由艇体结构、自主布放、自主航行控制、岸基监控子系统组成。为了实现自主布放系统的安装控制需求,USV在艇体结构布局、能源供给和控制策略上做了优化设计。针对远距离长时间精准运送问题,设计了增益调度串级PID自整定自主控制方法实现自主航行控制。布放机构执行布放动作包括推出机体固定座、释放首部卡件、下摆、释放压紧机构、潜水器滑出、机体固定座收回。先后进行了多次试验,USV自主运送并成功自主布放了“海翼”水下滑翔机。 展开更多

关键词 无人水面艇 无人潜航器 水下滑翔机 自主布放 自主航行控制

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联网状态下水下无人潜航器的路径控制方法 被引量：3

8

作者 佘明洪 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第6X期1-5,共5页

传统的水下无人潜航器路径控制方法,在联网状态下,一直存在控制精度低、误差大,效率不好的问题,提出基于NURBS曲线拟合法的水下无人潜航器的路径控制方法。该方法采用传感器或者摄像机来侦测静态和动态障碍物,建立水下无人潜航器运动学... 传统的水下无人潜航器路径控制方法,在联网状态下,一直存在控制精度低、误差大,效率不好的问题,提出基于NURBS曲线拟合法的水下无人潜航器的路径控制方法。该方法采用传感器或者摄像机来侦测静态和动态障碍物,建立水下无人潜航器运动学模型,并获取其最小化rob路径长度的目标函数,分析潜航器所受约束情况。在此基础上,根据基本流体力学,确定潜航器所受阻力,引入滤波函数进行平滑处理,采用NURBS曲线拟合法,对水下无人潜航器路径进行控制。实验对比结果表明,采用改进的控制方法,在水下无人潜航器路径控制方面,其控制所需时间及精度均要优于传统的方法,具有一定的实用性。 展开更多

关键词 联网状态 水下 无人潜航器 路径 控制方法

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国外超大型无人潜航器发展与运用研究 被引量：4

9

作者 张翔鸢 花吉 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期17-27,共11页

超大型无人潜航器(XLUUV)作为一种可大量搭载多种任务载荷的水下无人作战平台,具有重要的研究价值。为全面洞悉国外XLUUV研究现状,并为国内的发展与运用提供借鉴,深入系统剖析普通型、潜载型、类潜艇型、可装箱型、集装箱型等5种国外主... 超大型无人潜航器(XLUUV)作为一种可大量搭载多种任务载荷的水下无人作战平台,具有重要的研究价值。为全面洞悉国外XLUUV研究现状,并为国内的发展与运用提供借鉴,深入系统剖析普通型、潜载型、类潜艇型、可装箱型、集装箱型等5种国外主要类型XLUUV的发展现状及未来趋势,对其模块化、多域通信、水下探测、定位导航、自主控制、能源动力等关键技术进行探析,并研究其在侦察监视、水下布雷、水下攻防、水下投送等方面的作战运用。研究表明,XLUUV呈现出族群化、远程化、全深化和智能化发展趋势,能够实现多维探测、封控海上要域要道、实施非对称打击以及隐蔽投送等功能,在未来水下对抗中将会发挥重要作用。 展开更多

关键词 超大型无人潜航器 水下作战 关键技术 作战运用

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无人潜航器发展历程及运用优势研究 被引量：4

10

作者 陈昭 丁一杰 张治强 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第23期98-102,共5页

无人潜航器(UUV)作为水下作战的杀手,是水下无人作战的重要力量,能够完成多样化作战任务,对其开展针对性研究具有重要意义。本文追溯无人潜航器发展历程,总结无人潜航器开展水下作战具有成本低廉、隐蔽效果好、多用途设计等多方面的突... 无人潜航器(UUV)作为水下作战的杀手,是水下无人作战的重要力量,能够完成多样化作战任务,对其开展针对性研究具有重要意义。本文追溯无人潜航器发展历程,总结无人潜航器开展水下作战具有成本低廉、隐蔽效果好、多用途设计等多方面的突出优势,提出无人潜航器开展海洋测绘、航路开辟、侦察监视、水下诱饵等多种作战模式。最后对无人潜航器与无人机、无人水面艇组成海上立体无人集群提出总结展望。 展开更多

关键词 无人潜航器 无人作战 水下战场 智能化

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国外超大型无人潜航器发展研究 被引量：2

11

作者 朱炜 张大中 孙明月 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第24期186-189,共4页

近年来,美英德法印澳等国均启动了超大型无人潜航器研制项目,将其视为变革未来水下战的关键装备。超大型无人潜航器可为海军提供多种战时部署选择,使对手面临的探测、识别和跟踪挑战更加复杂,同时可增加海军舰队模块化和重构能力,以适... 近年来,美英德法印澳等国均启动了超大型无人潜航器研制项目,将其视为变革未来水下战的关键装备。超大型无人潜航器可为海军提供多种战时部署选择,使对手面临的探测、识别和跟踪挑战更加复杂,同时可增加海军舰队模块化和重构能力,以适应不断变化的海上作战需求。本文首先系统梳理了美英德法印澳6国的超大型无人潜航器发展现状,然后总结了通用的总体特征,随后研究了国外军方、智库提出的超大型无人潜航器作战概念。最后提出了思考与启示。 展开更多

关键词 无人潜航器 国外装备技术发展 水下战

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国外无人潜航器技术发展热点分析 被引量：1

12

作者 张大中 韩冬梅 +1 位作者 马晓晨 丁宏 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第4期185-189,共5页

基于科学引文索引数据库及相关科技文献数据,分析国外军用无人潜航器技术的研究热点,着重研究无人潜航器技术军事应用重点解决的问题和对未来作战的影响。相关结果初步勾勒国外军用无人潜航器技术发展全貌,可为理清军用无人潜航器技术... 基于科学引文索引数据库及相关科技文献数据,分析国外军用无人潜航器技术的研究热点,着重研究无人潜航器技术军事应用重点解决的问题和对未来作战的影响。相关结果初步勾勒国外军用无人潜航器技术发展全貌,可为理清军用无人潜航器技术方向提供参考。 展开更多

关键词 无人潜航器 自主性 指挥控制 无人集群 通信导航

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基于正交移动双水下自主潜航器的水下合作目标定位方法 被引量：10

13

作者 赵晨 乔钢 周锋 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期834-841,共8页

利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一。针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法。每个AUV通过自身携带的惯性导... 利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一。针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法。每个AUV通过自身携带的惯性导航系统(INS)和多普勒计程仪进行自身定位,并在多次运动过程中通过与静止目标间的通信时延差测量进行定位。该方法需要2个相对航向角呈90°的正交移动AUV通过最少2次与静止目标间通信完成次定位。相比于传统的单移动传感器定位方法,该算法需要的定位周期更短,对同步要求更低。实验结果表明,该方法定位精度有显著提高,同时有效定位区域增大,在长时间定位过程中对AUV位置误差影响更低。 展开更多

关键词 水声定位 水声通信 水声传感器网络 水下自主潜航器导航定位

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水下自主潜航器集群协同围捕技术 被引量：1

14

作者 王景璟 魏维 +2 位作者 王永越 侯向往 任勇 《指挥与控制学报》 CSCD 2023年第6期637-650,共14页

水下自主潜航器(autonomous underwater vehicle,AUV)集群协作围捕技术是国际前沿的研究热点,研究了AUV集群水下协同围捕技术的应用,并归纳总结了5种典型的围捕场景;提出了一个全面的AUV集群协同围捕任务的系统框架,并基于该框架详细归... 水下自主潜航器(autonomous underwater vehicle,AUV)集群协作围捕技术是国际前沿的研究热点,研究了AUV集群水下协同围捕技术的应用,并归纳总结了5种典型的围捕场景;提出了一个全面的AUV集群协同围捕任务的系统框架,并基于该框架详细归纳分析了AUV围捕技术的研究进展,指出了一些有前景的研究方向. 展开更多

关键词 水下自主潜航器 集群智能 协同围捕 任务分配

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基于小波的无人潜航器航位推算算法研究 被引量：7

15

作者 周佳加 边信黔 +1 位作者 王宏健 徐健 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期670-676,共7页

针对无人潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)在多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)的量测噪声以及安装角偏离误差影响下,自主航行时不能满足长时间导航定位的问题,一方面基于Mallat算法的小波分解和单层重构方法对DVL量测速... 针对无人潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)在多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)的量测噪声以及安装角偏离误差影响下,自主航行时不能满足长时间导航定位的问题,一方面基于Mallat算法的小波分解和单层重构方法对DVL量测速度进行滤波;另一方面,利用UUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正。针对UUV在高纬度、长时间航行特点,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述。最后对提出的导航算法进行了算法验证及自主导航控制试验,结果表明UUV的自主导航定位精度均小于0.5%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法。 展开更多

关键词 无人潜航器 小波 航位推算 自主导航

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基于混合势场法的无人潜航器路径规划及编队方法研究 被引量：3

16

作者 王健 张华 +3 位作者 徐令令 曹园山 陈伟 顾媛媛 《舰船科学技术》 北大核心 2020年第23期97-100,共4页

针对水下无人潜航器航行与探测作业应用过程中避障、航向保持、路径跟踪多参数控制以及欠驱动问题,提出一种混合势场路径规划及避障方法。以虚拟力的理念,将潜航器避障算法与路径跟踪算法进行混合,合并为统一的广义势场架构。该方法将... 针对水下无人潜航器航行与探测作业应用过程中避障、航向保持、路径跟踪多参数控制以及欠驱动问题,提出一种混合势场路径规划及避障方法。以虚拟力的理念,将潜航器避障算法与路径跟踪算法进行混合,合并为统一的广义势场架构。该方法将避障、航向保持、路径跟踪等多自由度驱动问题进行统一,以单输出的形式展现,适合单舵控制的欠驱动水下无人潜航器。利用"海翔-H"混合动力水下无人潜航器进行实环境下的路径跟踪、单障碍避障、双障碍避障、多障碍连续避障的航行试验,验证混合势场法的有效性。 展开更多

关键词 水下无人潜航器 路径规划 避障 混合势场

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X舵水下潜航器改进滑模控制策略研究 被引量：1

17

作者 刘胜 段应坤 张晶 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期34-38,52,共6页

针对具有4个独立方向舵的X舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对X方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立X方向舵控制分... 针对具有4个独立方向舵的X舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对X方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立X方向舵控制分配方法。通过仿真验证控制方法的有效性,与未改进滑模和PID控制方法相比,该方法在航向和俯仰控制更有效,且在路径跟踪过程中,方向舵控制输入平滑,可有效减轻滑模控制的抖振。 展开更多

关键词 自主式水下潜航器 X舵 滑模控制 路径跟踪 运动控制

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国外水下作战装备研发进展

18

作者 秦楠 薛鹏 李亚芳 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第20期200-205,共6页

为系统把握国外水下作战装备技术最新发展情况,研究聚焦潜艇与水下无人装备两大核心领域,梳理美国、俄罗斯、欧洲及亚洲主要国家在战略核潜艇更新换代、攻击型核潜艇技术扩散、常规潜艇AIP技术突破、新型无人潜航器研制等方面的进展情况... 为系统把握国外水下作战装备技术最新发展情况,研究聚焦潜艇与水下无人装备两大核心领域,梳理美国、俄罗斯、欧洲及亚洲主要国家在战略核潜艇更新换代、攻击型核潜艇技术扩散、常规潜艇AIP技术突破、新型无人潜航器研制等方面的进展情况,总结分析国外水下作战装备技术发展趋势。研究表明,国外水下作战装备领域已形成战略威慑升级、技术扩散加速、无人装备突破的三重演进格局,将对未来水下作战规则、装备体系构建和战场形态演变产生深远影响,研究成果可为我国水下作战装备技术发展提供借鉴参考。 展开更多

关键词 水下作战 潜艇 无人潜航器 国外装备技术

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支持水下UUV集群的水声网络MAC协议研究进展

19

作者 赵瑞琴 杨若涵 《电信科学》 北大核心 2025年第10期29-43,共15页

随着无人水下潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)在水下作业、目标探测等领域的广泛应用,支持水下UUV集群的水声通信网络组网技术正成为水下信息获取领域的研究热点。媒体接入控制(me‐dia access control,MAC)协议作为协调节点... 随着无人水下潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)在水下作业、目标探测等领域的广泛应用,支持水下UUV集群的水声通信网络组网技术正成为水下信息获取领域的研究热点。媒体接入控制(me‐dia access control,MAC)协议作为协调节点间数据传输、优化网络性能的核心技术,对提升水声通信网络效能具有重要作用。系统梳理了国内外支持UUV集群的水声网络MAC协议的研究进展,涵盖从经典协议架构到近年来集群化适配方案的最新成果。基于信道接入机制与应用场景两大维度对现有MAC协议展开深入分析,总结各类方法的技术特点与适用条件,并在此基础上对未来面向UUV集群的水声网络MAC协议发展趋势进行展望,旨在为UUV集群水声网络MAC协议的创新设计与工程应用提供参考与借鉴。 展开更多

关键词 无人水下潜航器 媒体接入控制 接入机制 应用场景

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海洋环境对水下无线电能传输系统的影响机理研究进展 被引量：3

20

作者 王得安 张剑韬 +2 位作者 朱春波 别致 崔淑梅 《电工技术学报》 北大核心 2025年第3期653-675,共23页

水下无线电能传输技术因其能够以非电气接触的形式在海域中实现能源供给,为解决水下无人设备的传统拔插式充电方式所存在的安全性差、寿命低、维护困难等问题提供了一种可行途径。然而,水下无线电能传输系统因复杂的海洋环境使其相比于... 水下无线电能传输技术因其能够以非电气接触的形式在海域中实现能源供给,为解决水下无人设备的传统拔插式充电方式所存在的安全性差、寿命低、维护困难等问题提供了一种可行途径。然而,水下无线电能传输系统因复杂的海洋环境使其相比于以电动汽车为代表的陆基无线电能传输面临更多的挑战。该文首先围绕海水介质对无线电能传输系统的影响机理研究进行了详细的综述;其次,针对海洋环境和海水介质存在的附加涡流损耗、极间分布电容、深海压磁效应、海底洋流扰动等典型影响因素的研究进展进行了分析,对目前无线电能传输技术在水下无人装备应用存在的潜在问题和挑战进行说明;最后,对水下无线电能传输系统未来值得关注的研究方向进行展望。 展开更多

关键词 水下无线电能传输 海洋环境 涡流损耗 无人潜航器 磁耦合机构

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