小型自主水下航行器目標(biāo)跟蹤控制方法研究.pdf

1、隨著自主水下航行器(以下簡(jiǎn)稱AUV)自主能力和智能水平的提高，水下目標(biāo)跟蹤日漸成為AUV水下自主作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。AUV目標(biāo)跟蹤技術(shù)對(duì)于海洋國(guó)土監(jiān)視、近岸預(yù)警或近海防御、海底管線跟蹤與維修等，具有重要的研究?jī)r(jià)值。
　　 本文針對(duì)AUV動(dòng)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題進(jìn)行研究，研究?jī)?nèi)容如下：
　　 首先，分析了AUV運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在水平面內(nèi)建立AUV動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；針對(duì)AUV的跟蹤對(duì)象，分別建立了目標(biāo)的非機(jī)動(dòng)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型，包括勻

2、速運(yùn)動(dòng)模型，勻加速運(yùn)動(dòng)模型和一階時(shí)間相關(guān)(Singer)模型。基于經(jīng)典PID控制理論設(shè)計(jì)了AUV目標(biāo)跟蹤控制器。
　　 其次，基于卡爾曼濾波理論研究目標(biāo)運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，分別采用卡爾曼濾波器和自適應(yīng)卡爾曼濾波器完成對(duì)非機(jī)動(dòng)目標(biāo)和機(jī)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
　　 再次，以AUV推進(jìn)系統(tǒng)能耗最小為目標(biāo)跟蹤控制原則，設(shè)計(jì)了基于區(qū)域劃分的目標(biāo)跟蹤控制策略。根據(jù)AUV測(cè)量傳感器的探測(cè)范圍，在保證AUV安全運(yùn)動(dòng)前提下將AUV與目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域劃

3、分為不同的區(qū)間。通過(guò)目標(biāo)跟蹤切換控制實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤，當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)超出區(qū)域邊界時(shí)，啟動(dòng)AUV實(shí)行目標(biāo)跟蹤控制，從而節(jié)省AUV推進(jìn)能耗。
　　 最后，針對(duì)所研究的目標(biāo)跟蹤控制策略和跟蹤方法，完成仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。未考慮AUV運(yùn)動(dòng)模型條件下，對(duì)AUV目標(biāo)跟蹤過(guò)程中啟動(dòng)跟蹤、監(jiān)視目標(biāo)、確保安全距離幾種情況進(jìn)行仿真驗(yàn)證?？紤]AUV水平面運(yùn)動(dòng)模型，基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)果完成了AUV動(dòng)目標(biāo)跟蹤控制仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了目標(biāo)跟蹤控制方法的有效性和可行性。