基于自主计算思想的水下机器人体系结构研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 林昌龙 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-11-28 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 导师 | 封锡盛 ; 李一平 |
| 关键词 | 水下机器人 体系结构 通用化 自主计算 |
| 其他题名 | Research on Architecture for Unmanned Underwater Vehicles Based on the Idea of Autonomic Computing |
| 学位专业 | 模式识别与智能系统 |
| 中文摘要 | 经过近几十年的积累，自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUVs）的技术逐渐发展成熟，目前已经在海洋开发、军事活动等领域发挥了重要作用。但随着人们对AUV能力的要求不断提高，使得AUV的使命变得越来越复杂，AUV控制系统的开发、升级和维护复杂性问题便逐渐地显现出来。为此，如何构建一个通用化的体系结构以提高AUV控制系统对使命的适应性就成为了当前水下机器人领域的一个热点。 本文的研究工作依托中国科学院知识创新工程重点项目等课题，在总结国内外体系结构研究成果的基础上，结合目前对AUV的实际需求，对AUV通用化体系结构进行了深入的研究和分析，具体的研究内容为： 1）AUV通用化体系结构的构建。首先，结合应用实例说明了传统体系结构的不足。然后介绍了大型分布式信息系统管理复杂性问题的解决方案——“自主计算”；通过对比分析，得出了传统体系结构不足的原因；并以此为基础，讨论了AUV通用化体系结构的构建方法及其特征。接着，根据前面分析得到的方法——控制和管理的结合，对AUV通用化体系结构的进行构建：将系统中的每个节点都抽象成为具有相同结构的单元（称为自主基元）；通过自主基元的层次式组合构成了通用化体系结构。最后，结合同样的应用实例，分析了该体系结构对使命的适应性。 2）AUV通用化体系结构的建模和分析。 首先，采用面向对象Petri网对AUV通用化体系结构进行建模，并从系统内部时序和逻辑的角度进一步讨论了该体系结构对使命的适应性。然后，针对分散结构下使命是否可完成的问题，提出了一个Petri网可达性的充分性判据，为系统的设计和验证提供了理论依据。 3）自主特征的体现。 通过3个实例分别展现了自主基元的3个自主特征。第一部分以自主导航为例，采用基于无色卡尔曼滤波器（Unscented Kalman Filter, UKF）的状态和参数联合估计算法实现了对导航传感器安装偏差角和速度比例因子的估计，修正了导航模型，提高了AUV自主导航的精度，体现了自主基元的自优化特征。第二部分采用基于贝叶斯理论的故障检测算法实现了对一类罗盘故障的检测，体现了自主基元的自感知特征。第三部分采用基于或然性的载体机动策略解决了AUV对海洋生物的跟踪观察问题，提高了目标跟踪的成功率，体现了自主基元的自规划特征。 4）AUV通用化体系结构的实现和讨论。 首先，依照AUV通用化体系结构实现了全套控制系统软件的开发，并进行了详细的介绍。然后，通过半物理仿真实验验证了该体系结构的可行性和正确性。接着，介绍了通用化体系结构的关联问题——标准化，包括目前国外研究机构在AUV领域乃至无人系统领域已经完成和正在制定的术语、技术标准、通讯数据包格式、体系结构层次之间的指令集合和自主评价问题。最后，对体系结构进行了对比分析并讨论了该体系结构拓展用于其它类型载体的问题。 |
| 索取号 | TP242/L61/2010 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-07-27 |
| 分类号 | TP242 |
| 源URL | [http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9278]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_水下机器人研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 林昌龙. 基于自主计算思想的水下机器人体系结构研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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