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)對于海洋國土監(jiān)視、近岸預(yù)警或近海防御、海底管線跟蹤與維修等，具有重要的研究價值。
　　 本文針對AUV動目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行研究，研究內(nèi)容如下：
　　 首先，分析了AUV運動控制系統(tǒng)，在水平面內(nèi)建立AUV動力學(xué)模型和運動學(xué)模型；針對AUV的跟蹤對象，分別建立了目標(biāo)的非機動和機動運動模型，包括勻

2、速運動模型，勻加速運動模型和一階時間相關(guān)(Singer)模型?；诮?jīng)典PID控制理論設(shè)計了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)運動估計方法，分別采用卡爾曼濾波器和自適應(yīng)卡爾曼濾波器完成對非機動目標(biāo)和機動目標(biāo)的運動估計。
　　 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)計了基于區(qū)域劃分的目標(biāo)跟蹤控制策略。根據(jù)AUV測量傳感器的探測范圍，在保證AUV安全運動前提下將AUV與目標(biāo)的運動區(qū)域劃

3、分為不同的區(qū)間。通過目標(biāo)跟蹤切換控制實現(xiàn)對動目標(biāo)的跟蹤，當(dāng)目標(biāo)運動超出區(qū)域邊界時，啟動AUV實行目標(biāo)跟蹤控制，從而節(jié)省AUV推進(jìn)能耗。
　　 最后，針對所研究的目標(biāo)跟蹤控制策略和跟蹤方法，完成仿真實驗驗證。未考慮AUV運動模型條件下，對AUV目標(biāo)跟蹤過程中啟動跟蹤、監(jiān)視目標(biāo)、確保安全距離幾種情況進(jìn)行仿真驗證?？紤]AUV水平面運動模型，基于目標(biāo)運動估計結(jié)果完成了AUV動目標(biāo)跟蹤控制仿真實驗，驗證了目標(biāo)跟蹤控制方法的有效性和可行性。