面向海洋锋面跟踪的多AUV路径规划方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 曲向宇1,2 |
| 答辩日期 | 2020-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 李一平 |
| 关键词 | 多AUV 海洋锋面跟踪 在线路径规划 队形控制 温度动态估计 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 控制理论与控制工程 |
| 其他题名 | Research on multi-AUV path planning method for ocean front tracking |
| 英文摘要 | 随着人类对海洋资源依赖的程度逐渐加大，人类对各类海洋特征的观测研究也日益增加，其中海洋锋面与人类渔业、海洋军事和科考活动关系密切，将海洋锋面作为海洋观测对象具有重大的研究价值和意义。由于海洋锋面具有较高的水平温度梯度，呈狭长带状空间分布结构，易受洋流、季风、太阳辐射等因素影响而发生变化等特点，可以利用自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）作为海洋锋面跟踪的移动平台，充分发挥AUV高自主性、高航速等特点，实现对海洋锋面的连续跟踪和快速观测。本文的主要研究内容和成果如下：（1）针对海洋锋面跟踪的研究背景，搭建了基于卫星遥感数据的海洋锋面动态温度模拟环境。该方法通过获取到的卫星海温数据，可以对指定时间范围内的观测区域进行温度环境的模拟，为使用AUV进行海洋锋面跟踪算法的验证提供了仿真环境。（2）针对海洋锋面跟踪的需求，提出了一种基于温度动态估计的AUV海洋锋面跟踪算法，该方法通过AUV对已获取到的温度数据进行筛选，实时预测观测半径内的温度数据，并根据观测状态选择不同的路径规划策略，若为搜寻和跟踪状态，则沿梯度方向跟踪来搜索锋区梯度极值点，实现海洋锋面的快速穿越，若为脱离状态，则沿等温线航行来保持对海洋锋面边界的跟踪能力，通过调节边界跟踪的长度，可以实现对海洋锋面的不同精细程度观测。在搭建的锋区温度环境中对算法进行仿真，结果显示，本文算法较于常规算法，在跟踪准确程度和环境适应能力上有更好的表现。（3）针对多AUV进行海洋锋面跟踪时的队形控制问题，研究了基于跟随领航者的队形控制方法，设计了基于运动学模型的队形控制器，通过调整编队参数实现队形的变换，并对AUV在锋面跟踪路径下的队形变换过程进行了仿真，分析了领航AUV航向角的变化对队形误差的影响程度，为多AUV在进行海洋锋面跟踪任务时的队形设计提供了指导方案。 （4）在使用多AUV进行海洋锋面跟踪的背景下，研究了多AUV的在线路径规划方法。结合多AUV观测到的数据，提出了基于最近邻的多样本选择方法，提高海洋锋面跟踪的准确程度，增加队形稳定性；通过对求取设定观测范围内梯度极值，确定观测点之间的最优观测距离，提高算法跟踪速度。通过对上述方法进行仿真实验，根据多组对比跟踪算法的实验结果，验证了本文提出的方法具有更快的海洋锋面跟踪速度和较高的队形稳定性。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 79页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/27129]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_水下机器人研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 曲向宇. 面向海洋锋面跟踪的多AUV路径规划方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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