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自主水下航行器的研究现状与挑战 被引量：39
1
作者 赵涛 刘明雍 周良荣 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2010年第6期1-6,共6页
自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用,具有潜在的教育、科学和军事价值。简要的介绍了自主水下航行器的国内外的发展概况,讨论了自主水下航行未来发展所存在的技术问题,并探讨了自... 自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用,具有潜在的教育、科学和军事价值。简要的介绍了自主水下航行器的国内外的发展概况,讨论了自主水下航行未来发展所存在的技术问题,并探讨了自主水下航行器的未来发展趋势。最后,就我国应采取的对策与措施提出了建议。 展开更多
关键词 自主水下航行器 导航 多源信息融合 导航通讯一体化
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基于移动长基线的多AUV协同导航 被引量：33
2
作者 张立川 徐德民 +1 位作者 刘明雍 严卫生 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期581-585,593,共6页
基于扩展卡尔曼滤波(EKF)理论研究了多AUV协同导航定位的移动长基线算法.移动长基线多AUV协同导航结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,利用移动长基线算法融合内部和... 基于扩展卡尔曼滤波(EKF)理论研究了多AUV协同导航定位的移动长基线算法.移动长基线多AUV协同导航结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,利用移动长基线算法融合内部和外部传感器信息,实时获取从AUV的位置信息.建立了协同导航系统数学模型,设计了EKF协同导航算法,在各种测试情况下通过仿真验证了所推导的分析结果,对EKF和几何解方程算法的导航效果进行了比较.研究结果表明,以主AUV作为移动的长基线节点时,通过EKF算法可以显著提高群体的导航定位精度. 展开更多
关键词 导航系统 多自主水下航行器 水下导航 协同导航定位
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基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究 被引量：28
3
作者 张立川 刘明雍 +1 位作者 徐德民 严卫生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1674-1678,共5页
多水下无人航行器(UUV)协同导航定位技术是解决海洋中间层水下导航问题的重要途径,研究了主从式多UUV基于水声传播延迟的协同导航定位问题。主从式导航结构中,主UUV内部装备高精度导航设备,从UUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声... 多水下无人航行器(UUV)协同导航定位技术是解决海洋中间层水下导航问题的重要途径,研究了主从式多UUV基于水声传播延迟的协同导航定位问题。主从式导航结构中,主UUV内部装备高精度导航设备,从UUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,利用扩展卡尔曼滤波算法融合内部和外部传感器信息,对从UUV进行实时定位。研究结果表明,利用UUV的相对位置观测,可以显著提高导航定位精度。 展开更多
关键词 声学 水声传播延迟 多UUV 协同导航定位 扩展卡尔曼滤波
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多UUV协同导航与定位研究(英文) 被引量：16
4
作者 张立川 刘明雍 +1 位作者 徐德民 严卫生 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第19期5342-5344,5349,共4页
多水下无人航行器(UUV)协同导航定位技术是解决海洋中间层(Middle Depth Zone)水下导航问题的重要途径,研究了主从式多UUV基于水声传播延迟(Time-Of-Flight,TOF)的协同导航定位问题。主从式导航结构中,主UUV内部装备高精度导航设备,从UU... 多水下无人航行器(UUV)协同导航定位技术是解决海洋中间层(Middle Depth Zone)水下导航问题的重要途径,研究了主从式多UUV基于水声传播延迟(Time-Of-Flight,TOF)的协同导航定位问题。主从式导航结构中,主UUV内部装备高精度导航设备,从UUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,利用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法融合内部和外部传感器信息,对从UUV进行实时定位。研究结果表明,利用UUV的相对位置观测,可以显著提高导航定位精度。 展开更多
关键词 时间延迟 多UUV 协同导航与定位 扩展卡尔曼滤波
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单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航 被引量：16
5
作者 李闻白 刘明雍 +1 位作者 张立川 刘富樯 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1002-1007,共6页
针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及... 针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计。与已有的研究相比,仿真结果表明该算法具有较高的定位精度,且有效提高了定位解算的实时性。 展开更多
关键词 自动控制技术 自主水下航行器 协同导航 相对位移测量 扩展的Kalman滤波
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欠驱动自主水下航行器轨迹跟踪控制 被引量：15
6
作者 高剑 徐德民 +2 位作者 严卫生 刘明雍 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期404-408,共5页
文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟... 文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟踪的全局一致渐近跟踪控制器,并且针对参考航向角速度为非零常值的一类参考轨迹,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数及参考轨迹条件。仿真研究表明该轨迹跟踪控制器是有效的,控制品质良好。 展开更多
关键词 自主水下航行器 欠驱动系统 非完整系统理论 级联系统 理论轨迹跟踪控制
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基于单信标测距的水下导航系统可观测性分析 被引量：14
7
作者 刘明雍 李闻白 +1 位作者 刘富樯 沈超 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期87-92,共6页
导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维... 导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维运动路径的可观测性条件,在此条件下实现了对AUV运动位置的在线估计。仿真结果表明,对于满足导航系统可测观性的运动路径,AUV的位置估计具有良好的收敛性和定位精度。 展开更多
关键词 可观测性 分析 自主水下航行器 估计 卡尔曼滤波 时变系统 单信标
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群集系统分群行为建模与控制研究进展 被引量：15
8
作者 杨盼盼 刘明雍 +1 位作者 雷小康 宋程 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期193-206,共14页
群集系统的分群行为表征为一个聚合的母群分裂成多个子群的现象,探讨其产生机理和控制方法具有重要的理论意义和应用价值.鉴于此,从分群行为的理论建模和控制方法两个角度出发,对近年来群集系统分群运动研究的主要成果进行综述,回顾了... 群集系统的分群行为表征为一个聚合的母群分裂成多个子群的现象,探讨其产生机理和控制方法具有重要的理论意义和应用价值.鉴于此,从分群行为的理论建模和控制方法两个角度出发,对近年来群集系统分群运动研究的主要成果进行综述,回顾了目前分群运动理论建模研究的最新进展,重点总结了分群运动的现有控制方法和结论,并对分群控制研究中尚存在的问题进行了探讨,最后就分群行为后续可能的研究方向进行了展望. 展开更多
关键词 群集系统 群集运动 分群行为 理论建模 分群控制
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基于单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统定位性能分析 被引量：14
9
作者 李闻白 刘明雍 +1 位作者 李虎雄 陈学永 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期724-736,共13页
自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法,其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标.本文针对单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统,利用扩展卡尔曼滤波... 自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法,其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标.本文针对单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统,利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程.在此基础上,通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程,得到了其在稳态情形下的方差上界估计.理论分析表明,单领航AUV协同导航系统的整体定位误差有界收敛且与初始化滤波方差无关,具有良好的综合性能.最后,仿真实例验证了文中理论分析结果的正确性. 展开更多
关键词 单领航者 自主水下航行器 协同导航 相对位置测量 扩展卡尔曼滤波 方差上界估计
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基于邻域跟随的群集系统分群控制算法 被引量：15
10
作者 雷小康 刘明雍 杨盼盼 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期741-745,共5页
传统基于避撞、组队和聚集规则的个体运动协同算法具有内聚和速度一致趋势,群体在外部信息刺激下难以自发实施分群.为此,提出一种融合了邻域跟随行为的分布式协同控制算法.该算法在短距排斥、长距吸引和速度一致行为的基础上,引入个体... 传统基于避撞、组队和聚集规则的个体运动协同算法具有内聚和速度一致趋势,群体在外部信息刺激下难以自发实施分群.为此,提出一种融合了邻域跟随行为的分布式协同控制算法.该算法在短距排斥、长距吸引和速度一致行为的基础上,引入个体对于其感知域内间距变化最快的邻居的跟随运动,并通过对跟随目标的动态更新,实现了外部信息作用下群体的自组织分群行为.仿真实验验证了算法的可行性和分群有效性. 展开更多
关键词 群集系统 分群控制 邻域跟随 组群控制
原文传递
基于中心微分Kalman滤波的重力/惯性组合导航 被引量：14
11
作者 蔡挺 刘明雍 黄博 《国外电子测量技术》 2013年第1期22-24,共3页
中心微分Kalman滤波由于其算法特点,可以避免强迫线性化带来的结果不稳定,并能降低计算量和分析量的难度。在重力/惯性组合导航匹配算法中引用中心微分Kalman滤波,并与扩展Kalman滤波比较,结果表明,中心微分Kalman滤波避免了雅可比矩阵... 中心微分Kalman滤波由于其算法特点,可以避免强迫线性化带来的结果不稳定,并能降低计算量和分析量的难度。在重力/惯性组合导航匹配算法中引用中心微分Kalman滤波,并与扩展Kalman滤波比较,结果表明,中心微分Kalman滤波避免了雅可比矩阵的计算,并且可以获得更小的线性化误差。 展开更多
关键词 重力辅助惯性导航 中心微分Kalman滤波(CDKF) 扩展卡尔曼滤波(EKF)
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群集运动的理论建模与实证分析 被引量：13
12
作者 刘明雍 雷小康 +1 位作者 杨盼盼 彭星光 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第25期2464-2483,共20页
对于鸟群、鱼群、菌群等生物群体大规模有序群集运动发生机理的探究,吸引了不同学科领域研究者的广泛关注.本文从理论建模和实证分析两个角度出发,对近年来群集运动研究所取得的主要成果进行了回顾,总结了基于个体的群集运动建模研究的... 对于鸟群、鱼群、菌群等生物群体大规模有序群集运动发生机理的探究,吸引了不同学科领域研究者的广泛关注.本文从理论建模和实证分析两个角度出发,对近年来群集运动研究所取得的主要成果进行了回顾,总结了基于个体的群集运动建模研究的最新进展,并对生物群集实证研究中发现的新现象进行了整理和分析,最后简要叙述了该领域中一些有待解决的问题及可能的研究方向. 展开更多
关键词 群集运动 基于个体的模型 实证分析 自组织
原文传递
基于自适应RBF神经网络的超空泡航行体反演控制 被引量：13
13
作者 李洋 刘明雍 张小件 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期734-743,共10页
针对超空泡航行体姿轨控制普遍存在的模型不确定性问题进行相关研究.为此,首先对其动力学特性进行分析,并建立了超空泡航行体的动力学名义模型,随后将其改写为不确定反馈系统,然后利用反演控制方法设计超空泡航行体姿轨控制器,针对模型... 针对超空泡航行体姿轨控制普遍存在的模型不确定性问题进行相关研究.为此,首先对其动力学特性进行分析,并建立了超空泡航行体的动力学名义模型,随后将其改写为不确定反馈系统,然后利用反演控制方法设计超空泡航行体姿轨控制器,针对模型中的未知函数利用径向基函数(Radial basis function, RBF)神经网络进行逼近并补偿,由基于Lyapunov稳定理论设计的自适应方法计算神经网络的权重,并给出稳定性证明.仿真研究验证了控制器设计的有效性. 展开更多
关键词 自适应控制 RBF神经网络 超空泡航行体 反演控制
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基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法 被引量：11
14
作者 张立川 徐德民 刘明雍 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2011年第7期1603-1606,共4页
协同导航定位是实现多自主水下航行器(multiple autonomous underwater vehicles,MAUVs)协同作业必须解决的关键问题。针对主从式MAUVs,提出了一种基于双水听器信号的MAUVs协同定位方法。在主从式结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从... 协同导航定位是实现多自主水下航行器(multiple autonomous underwater vehicles,MAUVs)协同作业必须解决的关键问题。针对主从式MAUVs,提出了一种基于双水听器信号的MAUVs协同定位方法。在主从式结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,从AUV通过水声测量确定出相对距离和相对方位角,再辅以主AUV精确位置,得到从AUV精确位置。研究结果表明,利用主AUV作为协同导航定位,可以显著提高群体的导航定位精度。 展开更多
关键词 水下导航 多自主水下航行器 协同导航 双水听器
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洋流影响下基于运动矢径的AUV协同定位方法 被引量：11
15
作者 刘明雍 张加全 张立川 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2011年第11期1632-1636,共5页
针对水下自主航行器(AUV)协同定位受水下未知定常洋流影响的问题,给出一种洋流影响下基于运动矢径的AUV协同定位方法.利用AUV的运动学方程和基于运动矢径的量测方程,建立AUV的导航模型;通过扩展的卡尔曼滤波,设计了协同定位滤波算法;利... 针对水下自主航行器(AUV)协同定位受水下未知定常洋流影响的问题,给出一种洋流影响下基于运动矢径的AUV协同定位方法.利用AUV的运动学方程和基于运动矢径的量测方程,建立AUV的导航模型;通过扩展的卡尔曼滤波,设计了协同定位滤波算法;利用该算法对洋流速度进行估计,以补偿AUV定位误差.仿真结果表明,该算法能有效估计未知定常洋流速度的大小,并对AUV定位误差进行实时补偿,显著提高了AUV的定位精度. 展开更多
关键词 洋流 水下自主航行器 运动矢径 协同定位 扩展卡尔曼滤波
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基于时序进化搜索策略的地磁仿生导航研究 被引量：10
16
作者 刘明雍 刘坤 +1 位作者 李红 李洋 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期894-898,共5页
对先验地磁图的依赖是制约地磁导航发展的关键。受生物无需先验知识的地磁导航行为启发,研究地磁仿生导航问题。从仿生角度,将导航过程归结为多目标搜索问题,建立仿生导航模型。针对导航过程中,地磁场多参量与导航单一路径间存在的因果... 对先验地磁图的依赖是制约地磁导航发展的关键。受生物无需先验知识的地磁导航行为启发,研究地磁仿生导航问题。从仿生角度,将导航过程归结为多目标搜索问题,建立仿生导航模型。针对导航过程中,地磁场多参量与导航单一路径间存在的因果约束,提出了一种基于时序进化策略的搜索方法,使得多参量收敛伴随并指导导航搜索的进行。仿真结果证实了方法的有效性。 展开更多
关键词 地磁仿生导航 时序进化搜索策略 多目标搜索
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基于信息耦合度的群集系统自组织分群方法 被引量：10
17
作者 刘明雍 雷小康 +1 位作者 杨盼盼 刘坤 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期271-276,共6页
针对"速度平均"协同机制不能表征群集系统应激分群运动的问题,基于信息熵定义融合邻居速度、距离、数量及自身感知半径的信息耦合度指标,提出一种"min-max"形式的速度协同策略,结合"近距排斥-远距吸引"... 针对"速度平均"协同机制不能表征群集系统应激分群运动的问题,基于信息熵定义融合邻居速度、距离、数量及自身感知半径的信息耦合度指标,提出一种"min-max"形式的速度协同策略,结合"近距排斥-远距吸引"的位置协同,实现群集系统的自组织应激分群运动.数值仿真分析表明,基于该速度协同机制的群集能够完成一种概率意义上的等规模分群,且其组群效率优于传统基于速度平均机制的群集. 展开更多
关键词 群集系统 自组织分群运动 信息熵 信息耦合度
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一种基于无迹卡尔曼滤波的UUV协同定位方法 被引量：10
18
作者 刘明雍 沈俊元 +1 位作者 张加全 胡俊伟 《鱼雷技术》 2011年第3期205-208,共4页
多水下无人航行器(multi-UUV)协同定位技术是解决海洋中间层水下导航定位问题的重要途径,针对以往multi-UUV仅靠距离量测的协同导航定位精度低的问题,给出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法的UUV协同定位方法。利用从UUV的运动学方程... 多水下无人航行器(multi-UUV)协同定位技术是解决海洋中间层水下导航定位问题的重要途径,针对以往multi-UUV仅靠距离量测的协同导航定位精度低的问题,给出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法的UUV协同定位方法。利用从UUV的运动学方程和基于距离的量测方程建立了从UUV的导航模型,针对该非线性导航模型,采用UKF设计了导航滤波算法,避免了对非线性方程的线性化处理,实现了递推导航滤波算法,并与传统的航位推算方法进行了仿真对比。仿真结果表明,从UUV能够利用该导航滤波算法进行实时定位,比传统的航位推算方法具有更高的定位精度。 展开更多
关键词 无人水下航行器 协同定位 无迹卡尔曼滤波 递推导航滤波算法 航位推算方法
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融合邻域自适应跟随的群集系统分群控制方法研究 被引量：9
19
作者 刘明雍 雷小康 彭星光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期250-254,共5页
分群运动表征为有序运动的群体在外部信息作用下自发分裂为多个独立子群的现象。针对传统基于避撞、组队和聚集行为的群集运动控制方法难于实现分群运动的问题,提出一种融合了邻域自适应跟随行为的分群控制方法。该方法引入了基于序参... 分群运动表征为有序运动的群体在外部信息作用下自发分裂为多个独立子群的现象。针对传统基于避撞、组队和聚集行为的群集运动控制方法难于实现分群运动的问题,提出一种融合了邻域自适应跟随行为的分群控制方法。该方法引入了基于序参量的邻域自适应跟随行为,实现了外部信息作用下群体的自组织分群运动。仿真实验验证了所提分群控制方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 群集系统 分群控制 自适应跟随 序参量
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一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究 被引量：6
20
作者 刘明雍 胡俊伟 李闻白 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期252-256,共5页
针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法。通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪... 针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法。通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法。仿真结果表明:与常规的比例对称采样UKF算法相比,在不损失导航系统滤波精度的情况下,基于单形采样变换的简化UKF算法有效降低了系统的计算复杂度,提高了滤波解算效率。 展开更多
关键词 自动控制技术 自主水下航行器 无迹卡尔曼滤波 球面分布单形采样 组合导航
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