基于移动长基线的多AUV协同导航 被引量：33

1

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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基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法 被引量：11

2

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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基于距离量测的双领航多AUV协同定位队形优化分析 被引量：10

3

作者 马朋 张福斌 徐德民 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期256-262,共7页

利用领航与跟随多自主水下航行器(AUV)间相对距离量测信息进行协同定位,可有效提高多AUV编队整体定位精度.针对多AUV编队队形对协同定位性能所造成的影响,利用Fisher信息矩阵(FIM)行列式的对数构建协同定位性能评价函数,并通过评价函数... 利用领航与跟随多自主水下航行器(AUV)间相对距离量测信息进行协同定位,可有效提高多AUV编队整体定位精度.针对多AUV编队队形对协同定位性能所造成的影响,利用Fisher信息矩阵(FIM)行列式的对数构建协同定位性能评价函数,并通过评价函数的最大化实现编队队形的优化.分析并验证多AUV编队含有两个跟随AUV及两个以上跟随AUV共圆情况下的最优队形,并利用梯度下降算法进行迭代搜索,从而获得两个以上跟随AUV不共圆情况下的优化队形.最后,通过仿真实验结果验证结论的正确性及队形优化算法的有效性. 展开更多

关键词 多自主水下航行器 协同定位 Fisher信息矩阵 梯度下降

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基于内螺旋覆盖算法的多AUV协作反水雷路径规划研究 被引量：9

4

作者 王琦斐 杨军 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2012年第1期144-146,160,共4页

研究了多自主水下航行器AUVs(Autonomous Underwater Vehicles)协作扫雷的路径规划问题;在环境栅格表达的基础上,采用一种优化的内螺旋覆盖算法,通过航行器对工作海域扫描情况的在线判断来确定扫描路径,以及扫描结束后对地图"盲区&... 研究了多自主水下航行器AUVs(Autonomous Underwater Vehicles)协作扫雷的路径规划问题;在环境栅格表达的基础上,采用一种优化的内螺旋覆盖算法,通过航行器对工作海域扫描情况的在线判断来确定扫描路径,以及扫描结束后对地图"盲区"进行再搜索等关键技术,保证了对工作区域的完全覆盖搜索和达到以较小的重复覆盖率搜索海域的目的;仿真实验结果表明,只要灭雷航行器数量大于水雷数量并且至少有一台灭雷AUV可以正常工作就可以实现完全覆盖。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 协作反水雷 内螺旋覆盖

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自主水下航行器主从式编队控制 被引量：6

5

作者 崔海英 石秀华 崔荣鑫 《鱼雷技术》 2007年第4期42-44,共3页

多自主水下航行器的协作已经成为当前的研究热点,编队控制是协作问题中的典型问题,也是其他协作问题的基础。该文建立了自主水下航行器主从式编队控制的数学模型,利用反馈线性化理论将模型简化为1阶动态系统,设计了编队控制律,从理论上... 多自主水下航行器的协作已经成为当前的研究热点,编队控制是协作问题中的典型问题,也是其他协作问题的基础。该文建立了自主水下航行器主从式编队控制的数学模型,利用反馈线性化理论将模型简化为1阶动态系统,设计了编队控制律,从理论上证明了所设计控制律的稳定性以及内动态系统的稳定性。在此基础上,比较了2种不同拓扑方式下主从式编队控制下的编队误差。仿真结果表明了该编队控制算法的有效性,并且并联式主从编队下编队控制的误差要小于串联式主从编队。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 主从式 编队控制 反馈线性化

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一种基于虚拟移动长基线的多AUV协同导航算法 被引量：5

6

作者 张福斌 马朋 《鱼雷技术》 2013年第2期115-119,共5页

高精度的协同导航定位是多自主水下航行器(MAUVs)协同作业的基础,协同导航算法是多AUV协同的关键技术。针对双领航者广播通信模式下的多AUV协同导航系统,基于移动长基线(MLBL)导航理论,提出并建立了一种虚拟移动长基线(SMLBL)协同导航模... 高精度的协同导航定位是多自主水下航行器(MAUVs)协同作业的基础,协同导航算法是多AUV协同的关键技术。针对双领航者广播通信模式下的多AUV协同导航系统,基于移动长基线(MLBL)导航理论,提出并建立了一种虚拟移动长基线(SMLBL)协同导航模型,应用加权最小二乘法,设计了基于单向水声通信的协同导航算法,使得跟随AUV内、外部导航信息得到有效融合。仿真结果表明,该算法可大幅度提高跟随AUV的导航定位精度。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 虚拟移动长基线 协同导航定位

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基于事件触发的AUVs固定时间编队控制 被引量：3

7

作者 王洪斌 高静 +1 位作者 苏博 王跃灵 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2277-2287,共11页

针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题,提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航-跟随编队控制方法.首先,将动态面控制算法与反步法结合,消除“计算膨胀”问题;其次,为节约有限通信资源,将事... 针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题,提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航-跟随编队控制方法.首先,将动态面控制算法与反步法结合,消除“计算膨胀”问题;其次,为节约有限通信资源,将事件触发通讯机制和固定时间理论引入多自主水下航行器编队控制中,设计编队控制器,实现编队系统的固定时间稳定,且系统收敛时间与初始状态无关,并通过理论证明无Zeno行为;最后,对4艘自主水下航行器的编队进行仿真实验,验证算法的有效性. 展开更多

关键词 多自主水下航行器 事件触发 领航者-跟随者法 动态面控制 固定时间控制

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基于条件数的多自主水下航行器协同定位系统可观测度分析 被引量：3

8

作者 马朋 张福斌 +1 位作者 徐德民 刘书强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期138-143,共6页

针对基于移动长基线的多自主水下航行器(MAUV)协同定位系统,建立了MAUV的2D运动学模型与距离量测方程。利用基于Lie导数的非线性系统可观测性理论,得到协同定位系统可观测矩阵及MAUV编队的不可观测航行路径。利用奇异值分解(SVD)理论获... 针对基于移动长基线的多自主水下航行器(MAUV)协同定位系统,建立了MAUV的2D运动学模型与距离量测方程。利用基于Lie导数的非线性系统可观测性理论,得到协同定位系统可观测矩阵及MAUV编队的不可观测航行路径。利用奇异值分解(SVD)理论获得系统可观测矩阵的条件数,建立了协同定位系统可观测度的评价函数,并在不同MAUV航行队形对系统可观测度进行仿真分析。结果表明,系统可观测度随着MAUV航行队形的不同而变化,从而为通过变换队形来提高协同定位性能提供了有效的参考依据。 展开更多

关键词 信息处理技术 多自主水下航行器 协同定位 条件数 可观测度

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多自主水下航行器编队控制系统设计 被引量：3

9

作者 赵宁宁 徐德民 +2 位作者 严卫生 高剑 王金华 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2011年第1期154-156,159,共4页

针对在大范围海域完成搜索和侦察任务的多自主水下航行器(Multiple AUV,MAUV)系统,提出一种MAUV控制系统的体系结构和编队航路点跟踪控制算法。控制系统采用分层递阶体系结构,包含任务规划层、控制协调层、运动控制层和执行控制层。而... 针对在大范围海域完成搜索和侦察任务的多自主水下航行器(Multiple AUV,MAUV)系统,提出一种MAUV控制系统的体系结构和编队航路点跟踪控制算法。控制系统采用分层递阶体系结构,包含任务规划层、控制协调层、运动控制层和执行控制层。而编队控制算法则采用"领航者-跟随者"法,基于横向跟踪控制,领航者沿连接航路点的直线运动,而跟随者则以一定的横向队形,平行于领航者航路运动,并通过速度调节实现纵向的队形控制。采用该编队控制方法,跟随者仅需要获得领航者的坐标即可实现编队控制,极大地降低了AUV之间的通讯要求,仿真结果验证了该系统的有效性。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 分层递阶体系结构 编队航路点跟踪控制 领航者-跟随者

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不同时变延迟下的多AUV编队协调控制 被引量：3

10

作者 唐会林 周佳加 +1 位作者 何东旭 赵俊鹏 《计算机测量与控制》 2017年第8期88-92,共5页

针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法;首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双... 针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法;首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双积分器动态模型;其次,针对不同延迟通信情况,设计了位置和速度双独立的拓扑结构以减少编队成员之间发送每个数据包中的数据量;最后,提出了无领航者的多AUV稳定条件,进而将多AUV编队控制问题看作是一致性问题,基于Laypunov-Razumikhin定理证明时延多AUV编队系统的稳定性;该控制方法不仅能够克服不同时变延迟和数据丢失对编队的影响,使所有以随机位置和速度出发的AUV的三维轨迹均能达到一致状态,同时能抑制外界干扰;仿真结果与所提控制方法理论结果一致。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 时变延迟 编队协调控制 一致性理论

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一种考虑时钟同步问题的多AUV协同定位算法 被引量：3

11

作者 张福斌 张小龙 马朋 《鱼雷技术》 2013年第5期355-359,共5页

在多自主水下航行器(multi-AUVs)协同导航系统中,领航AUVs配备高精度导航定位设备,跟随AUVs配备低精度导航设备,领航、跟随AUVs均配备水声通信设备,跟随AUVs利用领航AUVs的广播信息获得其与领航者间的距离。本文针对领航AUVs与跟随AUVs... 在多自主水下航行器(multi-AUVs)协同导航系统中,领航AUVs配备高精度导航定位设备,跟随AUVs配备低精度导航设备,领航、跟随AUVs均配备水声通信设备,跟随AUVs利用领航AUVs的广播信息获得其与领航者间的距离。本文针对领航AUVs与跟随AUVs间的时钟不同步问题,给出了AUV时钟相对偏移与相对漂移模型,并将跟随AUVs的时钟偏差作为未知量,提出了一种考虑时钟同步问题的multi-AUVs协同定位算法。仿真结果表明,该算法不仅可以大幅度提高跟随AUVs的协同定位精度,而且能够随时对跟随AUVs时钟误差进行估计,有效地提高了multi-AUVs协同导航系统性能。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 时钟同步 协同导航

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基于卡尔曼滤波算法的多AUV定位技术研究 被引量：2

12

作者 许奕 邢传玺 +1 位作者 万志良 姜佳圆 《云南民族大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第6期755-761,共7页

针对水下目标定位精度低的问题,采用基于卡尔曼滤波算法的目标轨迹跟踪方法,模拟多自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同导航定位.首先,介绍多AUV运动模型和卡尔曼滤波算法.然后,对多观测站跟踪目标问题进行仿真实验... 针对水下目标定位精度低的问题,采用基于卡尔曼滤波算法的目标轨迹跟踪方法,模拟多自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同导航定位.首先,介绍多AUV运动模型和卡尔曼滤波算法.然后,对多观测站跟踪目标问题进行仿真实验,对比分析传感器精度在目标跟踪中的重要性,并类比到多AUV协同导航问题的研究中.最后,针对AUV运动模型的非线性性问题,通过仿真实验验证扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)的性能.研究结果表明,卡尔曼滤波算法一定程度上降低了噪声的干扰,有效的提高了目标轨迹的跟踪精度,实现简单有效;相比于单独对目标进行轨迹跟踪,多观测站跟踪目标效果更好.为进一步研究多AUV协同导航定位技术,进行了多观测站跟踪目标运动轨迹的讨论,对提高从AUV导航精度问题做了铺垫. 展开更多

关键词 卡尔曼滤波 目标定位 多自主水下航行器 轨迹跟踪

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基于级联滤波的多AUV协同定位算法 被引量：1

13

作者 马朋 《现代导航》 2019年第4期247-252,共6页

针对交替领航下的多自主水下航行器(AUV)协同定位系统,利用级联滤波架构设计了一种多AUV协同定位自适应滤波算法,通过将协同定位系统中的跟随AUV状态估计分解为航向估计与位置估计两部分,克服了在仅有部分距离量测下航向角估计可观测性... 针对交替领航下的多自主水下航行器(AUV)协同定位系统,利用级联滤波架构设计了一种多AUV协同定位自适应滤波算法,通过将协同定位系统中的跟随AUV状态估计分解为航向估计与位置估计两部分,克服了在仅有部分距离量测下航向角估计可观测性差的影响,减小了距离量测误差模型不确定所引起的定位误差波动。同时,引入算法复杂度评价标准对所设计的级联自适应滤波算法进行分析。仿真结果表明,该算法具有较高的定位精度,可有效降低计算复杂度。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 协同定位 级联滤波 复杂度

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存在障碍物影响的多AUV间距离量测识别与平滑算法

14

作者 马朋 张福斌 +1 位作者 刘书强 徐德民 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期643-647,共5页

相互间距离量测信息是多AUV协同定位的基础。利用朗伯W函数求解AUV间的RSS距离估计,并通过TOA及RSS 2种距离量测结果的比较,引入一种障碍物引起的非视距(ONLOS)量测识别方法。在此识别基础上,建立了多AUV间距离量测动态变化模型,并利用K... 相互间距离量测信息是多AUV协同定位的基础。利用朗伯W函数求解AUV间的RSS距离估计,并通过TOA及RSS 2种距离量测结果的比较,引入一种障碍物引起的非视距(ONLOS)量测识别方法。在此识别基础上,建立了多AUV间距离量测动态变化模型,并利用Kalman滤波方法设计了ONLOS距离量测误差平滑算法。仿真结果表明,该算法可有效提高领航与跟随AUV间的相对距离量测估计精度,减轻ONLOS量测误差对多AUV协同定位性能的影响。 展开更多

关键词 多自主水下航行器 水下障碍物 非视距量测 朗伯w函数 量测识别 距离平滑 协同定位

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一种NLOS量测平滑算法在MAUVs协同定位中的应用

15

作者 马朋 张福斌 +1 位作者 田冰 徐德民 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期854-859,共6页

在基于双领航者的MAUVs协同定位过程中,为了减轻NLOS量测误差的影响,在假设NLOS修正偏差先验已知的前提下,以4状态Markov链描述了4种LOS/NLOS量测模型间相互独立转换过程,继而利用交互多模和Kalman滤波理论设计了一种AUVs间相对距离量... 在基于双领航者的MAUVs协同定位过程中,为了减轻NLOS量测误差的影响,在假设NLOS修正偏差先验已知的前提下,以4状态Markov链描述了4种LOS/NLOS量测模型间相互独立转换过程,继而利用交互多模和Kalman滤波理论设计了一种AUVs间相对距离量测平滑算法,并将其距离量测估计结果应用于MAUVs协同定位系统中。仿真结果对比表明,该算法可以有效提高AUVs间的相对距离量测估计精度,获得了更好的协同定位性能。 展开更多

关键词 非视距量测 交互多模 多自主水下航行器 协同定位

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切换拓扑下多自主水下航行器编队一致性控制

16

作者 张勋 周立广 +1 位作者 邢文 姚思博 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期587-593,共7页

针对含有通信时延的多自主水下航行器系统的控制问题,本文提出了包含相对位置信息以及速度阻尼器的一致性控制算法。通过反馈线性化方法将多自主水下航行器运动学模型和动力学模型转化为二阶积分器形式。对含通信时延的系统构造Lyapunov... 针对含有通信时延的多自主水下航行器系统的控制问题,本文提出了包含相对位置信息以及速度阻尼器的一致性控制算法。通过反馈线性化方法将多自主水下航行器运动学模型和动力学模型转化为二阶积分器形式。对含通信时延的系统构造Lyapunov-Krasovskii泛函,利用积分不等式和线性矩阵不等式理论,得到多自主水下航行器系统实现一致的充分条件。研究表明:仿真实验证明了所提控制算法的有效性,并验证了在随机切换拓扑和编队队形变换时此控制协议下的多AUV系统具有良好的鲁棒性和稳定性。通过设置位置层和速度层通信拓扑,减少速度和位置的耦合,并提高收敛速度,多自主水下航行器系统可以收敛到期望位置。 展开更多

关键词 多自主水下航行器编队 一致性控制 通信时延 有向切换拓扑 网络化系统 线性矩阵不等式 反馈线性化 多智能体系统

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基于Jacobi几何向量的多AUV编队控制方法

17

作者 张静 杨惠珍 +1 位作者 郝莉莉 康凤举 《鱼雷技术》 2012年第2期111-116,共6页

研究了多自主水下航行器(MAUV)系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发,通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型;结合典型水下航行器全方位智能导器(ODIN)的流体动... 研究了多自主水下航行器(MAUV)系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发,通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型;结合典型水下航行器全方位智能导器(ODIN)的流体动力参数,将系统模型解耦为3个线性子系统——编队队形、编队运动(即编队中心点的运动)及航行器转向子系统,并采用线性状态反馈法设计了运动控制器和转向控制器。仿真结果表明,该算法可以控制MAUV系统在保持编队队形的基础上跟踪已知路径。 展开更多

关键词 多自主水下航行器(MAUV) 编队控制 Jacobi几何向量 全方位智能导航器(ODIN) 线性反馈控制

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基于改进合同网算法的异构多AUV协同任务分配 被引量：17

18

作者 李娟 张昆玉 《水下无人系统学报》 2017年第5期418-423,共6页

传统合同网算法应用在异构多自主式水下航行器(AUV)协同任务分配时,存在招标过程中多种招标者并存的情况,不易产生有效招标者;在投标过程中,潜在投标者增加了无效投标数量及其招标者对投标结果的评估负担,极易产生任务不合理的情况。针... 传统合同网算法应用在异构多自主式水下航行器(AUV)协同任务分配时,存在招标过程中多种招标者并存的情况,不易产生有效招标者;在投标过程中,潜在投标者增加了无效投标数量及其招标者对投标结果的评估负担,极易产生任务不合理的情况。针对以上2种问题,文中提出了一种基于改进合同网算法的异构多AUV任务分配策略。该方法将任务负载率指标和令牌环网概念结合起来,有效解决选择招标者及其任务不合理的问题。基于MATLAB的三维任务环境的仿真实验表明,对于异构型多AUV进行任务分配,文中提出的改进合同网算法能够有效提高整体效能并进行合理的任务分配。 展开更多

关键词 异构多自主式水下航行器 任务分配 合同网算法 任务负载率指标 令牌环网

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一种分布式异构多AUV任务分配鲁棒拍卖算法 被引量：10

19

作者 李鑫滨 郭力争 韩松 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期736-746,共11页

为了解决异构多自主式水下航行器(AUV)的任务分配问题,提出了一种分布式鲁棒拍卖算法。建立了异构多AUV任务分配分布式拍卖模型,包括任务分配系统(拍卖商)的优化模型及AUV的优化模型。针对现有拍卖算法忽略拍卖商的利益,不符合市场规律... 为了解决异构多自主式水下航行器(AUV)的任务分配问题,提出了一种分布式鲁棒拍卖算法。建立了异构多AUV任务分配分布式拍卖模型,包括任务分配系统(拍卖商)的优化模型及AUV的优化模型。针对现有拍卖算法忽略拍卖商的利益,不符合市场规律的问题,引入任务奖励反馈机制,任务分配系统通过多轮试探拍卖市场,自适应地调整任务奖励,达到保证AUV效用的同时,有效降低任务分配系统成本的目的,促进了任务分配系统参与拍卖。针对水下洋流对任务分配模型产生的不确定性因素,提出了一种鲁棒优化算法对抗不确定性因素,提高了多AUV任务分配系统应对复杂水下环境的能力。仿真结果证明了所提算法的鲁棒性和有效性。 展开更多

关键词 异构多自主式水下航行器(AUV) 任务分配 分布式 拍卖算法 鲁棒优化

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