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【6h】

小型无人水下航行器群体协同区域覆盖方法研究

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摘要

随着人类对海洋资源开发的不断深入，通过小型无人水下航行器群体协同作业，在尽量短的时间内完成尽量大面积的区域覆盖探测，对于无人水下航行器的大范围海洋勘探作业具有重要的理论研究与应用前景。
　　 围绕不确定海洋环境的区域覆盖优化问题，本课题重点开展了静态区域覆盖与动态区域覆盖方法研究：
　　 首先，针对多AUV群体协同静态区域覆盖探测问题，设计了多AUV的群体体系结构；基于Voronoi划分原理，给出了多AUV的静态区域覆盖问题的数学描述；为了克服任务分配不均衡的缺陷，基于密度函数与位置最优函数研究了基于均匀密度分布的多AUV区域划分方法；设计了基于CVT分布的静态区域覆盖算法；并给出了仿真试验验证结果。
　　 其次，针对多AUV与环境中的动态目标避碰问题，利用前视声纳视域仿真模型实时解算与目标的距离信息，基于遗传算法基本原理设计了的避碰规划算法，解决了动态区域覆盖探测过程中的避碰规划问题，并通过仿真试验验证了算法的有效性。
　　 再次，针对动态区域覆盖问题，首先将三维海洋空间简化为确定深度内的二维剖面地形，并提出了四种海洋地形分类方法；在传统的海洋地形区域覆盖方法研究的基础上，考虑了海流干扰和不同类别的海洋地形因素，提出了基于传感器有效探测宽度的改进区域覆盖方法，实现了复杂海洋环境的区域覆盖与勘察。
　　 最后，提出了基于动态角色分配的多AUV群体协同方法，给出了动态角色的相关定义并建立了两种角色模型，通过动态区域覆盖任务分配，实现了基于群体协同作业机制的动态区域覆盖，完成了算法的仿真试验验证。
　　 通过多AUV群体协同区域覆盖技术研究，对于未来海洋空间立体监测、海底管线检测、水文学调查、军事目标搜索与猎雷作业等军、民事前景具有重要的应用价值。

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