摘要：水面无人艇具有体积小、速度快、运动灵活等特点,能用于执行军、民用领域的各种水上任务,如水质探测、海上搜救、军事侦察与反潜等。导航与控制系统是水面无人艇实现智能化航行的基础和关键技术。论文设计了一种小型无人艇自主导航与控制系统。该系统具备远程遥控和自主航行两种控制模式,能够实现目标点巡航和自主避碰规划。全局路径规划采用基于栅格地图的权值FMM方法,局部避碰采用基于VO模型的方法,航迹跟踪和运动控制部分采用了LOS视线法和PID控制算法。开发了无人艇导航与控制系统试验平台,在开阔水域下进行了航迹跟踪、自主避碰等试验,验证了系统的可靠性和有效性。

摘要：设计了一种符合国际海上航行规则的相对坐标系下动态规避方法,以处理水面无人艇的危险规避问题.根据国际海上航行规则将碰撞局面划分为追越、交叉相遇、正面相遇3种局面.计算相对坐标系下相对速度的改变量,并通过改变无人艇的航速和航向,完成对障碍物的危险规避.搭建了无人艇半实物仿真试验平台,以方便快捷地验证危险规避系统的可行性和可靠性.大量半实物仿真试验结果表明,基于所设计的无人艇危险规避方法可以有效地完成静止或运动障碍物的危险规避任务,规避航线合理,满足无人艇规避系统的要求.

摘要：为了有效提升水面无人艇(USV)全局航迹规划算法的性能,从多目标优化的角度就USV的全局航迹规划问题展开研究.以电子海图为基础构建了栅格化环境模型,提出了USV全程航迹规划的多目标约束优化数学模型,采用距离函数和双惩罚函数对约束条件进行处理,并引入Pareto强度和最小代沟模型,设计了一种基于多目标遗传算法的全局航迹规划算法.实验结果表明算法能够有效兼顾多个优化目标,为USV规划出性能更优的全局航迹.

摘要：水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)是一种重要的海洋自主机器人,当前正被广泛研究并逐渐应用于实际.然而USV的安全航行问题仍严重制约其自主性能的提高,尤其是在复杂海况下的危险规避问题亟待解决.以Sarsa在线策略强化学习算法为基础,提出了USV在复杂海况下的自适应危险规避决策模型,并以渐进贪心策略作为行为探索策略,证明了USV自适应危险规避决策过程能够以概率1收敛到最优行为策略.论证结果表明,采用在线策略强化学习算法提升USV在复杂海况下的危险规避性能是可行的.

摘要：针对水面无人艇仿真的实际应用,引入协同仿真技术,提出了水面无人艇协同仿真框架和配套的开发方法.阐述了该平台的体系结构和信息流程,对运动控制的协同仿真模型进行了说明,在建立的仿真系统中进行了航线跟踪和自主航行的仿真试验,验证了协同仿真框架及开发方法的可行性和正确性.该协同仿真平台克服单一模型难以精确描述非线性关系的问题,在一定程度上提高仿真可信度,对保障海试的顺利进行具有重要的价值.

摘要：水面无人艇是近年来重点发展的无人装备.无人艇具有体积小、运动灵活等特点,可执行巡逻、侦察、对舰攻击等军事任务.因其作战使用特点,雷达波隐身应用也较为普遍.无人艇艇面设计简洁,但对艇上的艇面设备未重点关注,艇面设备多且较杂乱,是雷达波隐身设计的重点.论文重点关注水面无人艇艇面设备的雷达波隐身设计,采用基于恒定横向波数的周期性时域辛多分辨算法对具备二维薄金属方片阵列结构的雷达波隐身屏蔽网反射系数进行了建模仿真,结果证明了时域辛多分辨算法可用于雷达波隐身屏蔽网的隐身设计.

摘要：目前水面无人艇显控台普遍参考无人机及传统船舶显控台的标准化设计,针对水面无人艇自主功能需求及岸基操作者交互需求,提出满足基于水面无人艇自主功能需求的显控台硬件和软件的交互系统设计。首先通过对水面无人艇的自主能力划分和自主功能需求分析,定义显控台的功能需求和技术特征,其次结合人机工程理论,使用人机仿真软件JACK对显控台的硬件、软件交互系统开展设计,提出一种基于水面无人艇自主功能需求的显控台交互设计方案。在符合水面无人艇的自主功能需求基础上,通过人机工程的应用对显控台硬件布局和软件交互系统设计,得到适用水面无人艇操控需求的显控台设计方案,该方案人机体验友好,协同效率高,对于无人艇相关的显控设备交互系统设计具有指导意义。

摘要：[目的]为解决复杂扰动下的领航—跟随水面无人艇(USV)编队控制问题,提出一种固定时间控制(FTC)方法。[方法]针对跟踪控制子系统,设计一种基于积分滑模的固定时间跟踪控制(IMS-FTC)策略;针对编队控制子系统,设计一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制(FDO-FFC)策略;基于Lyapunov稳定性理论证明所设计的编队控制方法的整体稳定性。[结果]采用经典CyberShip II试验模型进行仿真研究,结果显示所设计的控制方案能够有效提高领航—跟随USV编队系统的精确性和鲁棒性。[结论]研究成果可为无人艇编队控制系统设计提供先进的技术手段。

摘要：针对现有视线法路径跟踪控制器在工程应用中存在的航速自适应能力差、参数不易整定以及抗干扰能力差等问题,本文提出了基于前视角的水面无人艇自适应路径跟踪控制器。在传统视线法制导中的前视角,结合跟踪偏差状态以及Sigmoid函数提出了欠驱动无人艇的自适应前视角制导模型。在此基础上,基于最小参数学习的径向基神经网络和动态面控制技术设计了自适应航速航向跟踪控制器。基于Lyapunov稳定性理论,所设计的控制器可保证所有误差动态的一致最终有界。外场试验表明:在实际海洋干扰情况下,本文提出的控制算法具有良好的控制性能以及鲁棒性。

摘要：针对复杂扰动、完全未知系统动态以及推进器饱和约束的水面无人艇高精度跟踪控制问题,提出一种基于固定时间非奇异终端滑模的无模型固定时间精准跟踪控制(MFPTC)方案.首先,设计有限时间集总观测器,精确重构和补偿集总未知项;其次,引入自适应辅助系统消除推进器饱和特性,使得MFPTC方案在饱和约束下实现期望时间内对预定轨迹的精准跟踪;进而,基于反正切函数构造固定时间幂次趋近律,加快滑模变量收敛速度且有效削弱控制抖振;最后,采用CyberShipⅡ实验模型进行仿真研究,结果验证所提出MFPTC方案的有效性与优越性.