摘要：本文提出一种结合声学和光学定位手段的UUV水下回收方法,并重点对视觉定位进行研究。针对光照剧烈变化情况下视觉定位稳定性差的问题,设计一种基于先验信息的目标轮廓提取算法,充分利用环境亮度信息和合作目标的物理属性,通过筛选兴趣区(ROI)、动态阈值等方法,有效解决图像背景亮度过高或亮度不均衡导致的目标漏检、误检等问题,提升对目标轮廓的分割精度,从而优化目标图像坐标及空间坐标的计算准度。在湖验中应用该算法,实现全天时、全天候对UUV目标的可靠检测与准确定位,验证了该算法对环境亮度变化的鲁棒性。

摘要：为解决欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)移动式回收控制问题以及无法直观展示移动式回收过程的情况,本文设计了一套半物理仿真系统并通过视景仿真模块实时显示AUV与移动式回收装置在虚拟海洋环境中的位姿变化。首先介绍了移动式回收任务的流程;然后设计了一种新的前向速度导引律,并利用基于AUV模型的轨迹跟踪控制方法计算控制指令;最后搭建了半物理仿真系统且由视景仿真界面实时展示移动式回收装置与AUV的位置与姿态信息。仿真结果表明:当AUV由不同位置出发时基于模型的轨迹跟踪控制方法都能控制AUV顺利地靠近移动式回收装置、安全稳定地完成移动式回收任务。

摘要：为了提高航行器水下回收的安全性,航行器设计停车深度需与上浮装置充气时间相匹配。目前针对航行器上浮装置水下充气时间的研究成果不具有普遍性,不适用于不同结构形式的浮囊与充气管路。由于上浮装置充气管路不适合采用传统方法测试管路流量系数,文中重新设计了管路流量系数测试方法,测得充气管路的流量系数,并采用定积绝热放气条件下充气时间计算模型计算上浮装置充气时间,计算结果与试验数据吻合较好。研究结果可为航行器航深设计及停车流程提供参考。

摘要：为解决现有仿真系统忽略海流干扰,不能直观反映模型实时运动状态的问题,设计了一套以3维视景方式呈现的半物理仿真系统,以直观地反映归航过程中、以及以类似直升机坐落方式进行对接回收的过程中AUV(自主式水下机器人)的运动状态.利用Multigen Creator软件对AUV和水下地形环境建模,通过Visual C++调用Vega的仿真界面库实现视景仿真;运动控制部分基于B样条理论设计归航时的全局路径规划方法,通过遗传算法搜索满足欠驱动约束的全局路径;利用制导控制和执行控制分层结构设计路径跟踪控制器,其中PID(比例-积分-微分)制导律能依据海流信息自适应调整参考姿态角,S面控制律能针对状态信息和参考姿态角实现稳定、快速、准确的响应.基于试验平台,模拟了AUV从释放位置出发、跟踪所计算出的全局路径从而完成自主归航最终实现坐落式对接的全过程.结果表明:海流在归航阶段对AUV的归航路径跟踪偏差量影响较小,在坐落式对接阶段当海流与AUV艏向相对角度较大时其影响较大,甚至使回收失败.所设计的半物理仿真系统可在海流影响下规划合理的AUV归航路径以完成回收,并实时直观地反映整个过程.

摘要：结合3次B样条的曲率连续特性和遗传算法的全局搜索特性,提出了一种适合欠驱动AUV(自治水下机器人)的回收路径规划方法.算法给出连接始末位置的光滑3维路径,适用于AUV回收的归航阶段,能够保证AUV以合适的姿态进行后续的导引对接.首先,分析了AUV的欠驱动特性带来的几何约束问题,包括任务终端约束和运动约束.其次,根据B样条曲线的特性确定通过选取控制点序列来给出3维路径曲线的思路.第一步采用样板的方式确定一部分控制点使曲线满足终端约束条件,第二步将AUV的回转和升沉运动约束写入遗传算法,通过对解空间的启发式自适应搜索确定中间控制点,两部分控制点所决定的曲线满足所有的几何约束条件.最后,针对路径的生成和跟踪,设计了半物理动力学仿真试验,从几何的角度对比AUV航迹和路径.结果显示,路径与AUV的运动能力具有很好的匹配特性,能够保证跟踪结束时AUV的位置和姿态满足导引对接阶段的要求.

摘要：水下自主对接回收技术是解决自主水下航行器(AUV)能源与信息传输问题,增强无人系统水下探测、隐蔽能力的主要手段。文中针对真实环境笼式水下基站回收设计水下视觉信标导引方案,提出一种改进的基于神经网络的检测-跟踪回收视觉导引算法:首先利用水下基站数据集训练卷积神经网络,进行目标检测;随后利用改进跟踪算法结合位姿空间信息实现鲁棒跟踪;最后通过改进Pn P-P3P位姿估计框架解决大偏移量下可观测信标灯数量过少的问题,有效扩展水下视觉导引作业空间,并通过作业空间仿真验证了灯阵设计与算法的有效性,提出了相关有效作业空间指标。水池光学导引实验以及在湖上真实环境下结合超短基线进行的声光联合导引实验,验证了改进检测-跟踪框架在工程上的可行性。