自主式水下航行器

摘要： 针对水下协同搜索中存在通信延时、单个自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)易失效的问题,提出一种采用分布式协同结构和滚动优化策略,利用改进型头脑风暴优化(brain storm optimization,BSO)算法优化基于目标存在概率、环境不确定度、协调信息素的目标函数的新方法。仿真结果表明,所提方法能实现避碰,并在通信延时情况下仍有能力搜索到所有目标。通过仿真给出了所提方法关键参数的建议取值范围,并验证了个别AUV在搜索过程中失效对总体搜索效果影响不大,方法具有很强的实时性和鲁棒性。

摘要： [目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器(AUV)在水下自主回收和对接的问题,基于惯导(INS)、声学超短基线定位(USBL)、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法。[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度。分别以INS和USBL及光学探测信号作为子滤波器的输入信息,结合AUV水下回收对接过程中的5个阶段分别建立运动方程,最终得到适用于移动平台搭载的AUV水下对接引导系统的多源数据融合导航算法。[结果]仿真结果表明,所提方法具有可行性、系统鲁棒性和控制精度,[结论]可满足母艇水下回收作业对接的工程要求,以及作为AUV水下自主回收操作的技术参考。

摘要： 自主式水下航行器(AUV)具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点,被广泛应用于民用、军用和商用等领域。智能化是目前AUV技术的研究热点,智能AUV具有更先进的"智能"技术,能够极大地拓展海上无人装备的任务范围,提高作业能力。结合典型智能AUV设备,对近年来智能AUV的发展现状进行阐述,对智能AUV的关键技术以及未来发展情况进行详细分析,研究成果对开展智能AUV设备技术研究和发展具有一定借鉴意义。

摘要： 针对头脑风暴优化(brain storm optimization, BSO)算法的选择操作中仅部分个体更新追随全局最优和变异操作中步长不能自适应的问题,采用追随全局最优策略以充分利用全局最优信息,并用差分变异代替原来的高斯变异以自适应调节变异步长,提出了基于全局最优和差分变异的BSO(global-best difference-mutation brain storm optimization, GDBSO)算法。通过6个标准测试函数极值寻优的Matlab仿真对比研究表明GDBSO具有优良性能,较好地解决了原BSO搜索效率低的问题,提高了算法的寻优精度和收敛速度。GDBSO结合自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)路径规划应用的仿真验证了算法的有效性和可行性。

摘要： 利用磁感应通信信号在水下具有信道稳定、低时延的特点,设计了基于磁感应通信的AUV姿态估计实验。有效克服了传统AUV姿态估计方法中惯性传感器误差累积,水下多径效应、多普勒频移对估计精度的影响。在水下AUV回收平台部署单向磁感应发送线圈,在AUV中部署三向磁感应接收线圈。利用磁感应通信技术,通过三向接收线圈估计姿态角,推导了三向接收线圈上的感应电动势与姿态角的关系,提出基于压缩感知的AUV姿态估计方法。理论仿真和硬件实验结果表明:提出的目标姿态估计方法可行,增加发送线圈阵列数目可以有效提高目标的姿态估计精度。

摘要： 电池组容量和可靠性直接影响着自主水下航行器(AUV)的航程、安全和总体性能。文中针对某AUV能源系统的技术指标,基于模块化和双冗余设计思想,选择21700锂离子电池作为单体电芯进行电池组设计,单模块充分利用圆柱电池舱内部空间提高电池组容量,多模块串并联的结构方便定位故障和进行维护,2个电池组并联的方式使其具有更高的可靠性。试验结果显示其系统能量密度可达200 Wh/kg,表明进行模块化设计的电池组具有较高的能量密度和可靠性,提高了电池组的可维性。

摘要： [目的]为抑制自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)运动过程中水动力参数变化和复杂外界环境干扰的影响,针对AUV深度控制通道设计一种自适应控制器.[方法]首先建立AUV系统动力学模型,然后以REMUS AUV系统的纵向控制模型为被控对象设计L1自适应控制器,最后在考虑不同干扰条件下使用Matlab/Simulink对L1自适应控制器进行仿真试验,并与相同环境下PID控制器的效果进行对比.[结果]在受到强外界干扰的条件下,对比PID控制器,L1自适应控制器的控制效果更稳定.且当AUV运动模型中水动力参数发生改变时,L1自适应控制器可以保持稳定.[结论]仿真结果表明,基于L1自适应理论设计的控制器在拥有良好动态响应的同时能够保证抗干扰能力与鲁棒性.

摘要： 针对具有强非线性的自主式水下航行器的运动控制问题,本文将线性自抗扰控制方法运用到航行器的运动控制中.在仿真过程中为了解决航行器升沉与偏航运动之间存在的强耦合性,实现稳定下沉,通过在原线性自抗扰深度控制器的基础上增添偏航控制器,从而实时计算和消除航向偏差.将上述控制方法应用到六自由度航行器的深度控制实验中.仿真结果表明:与比例积分微分控制方法相比,线性自抗扰控制方法将航行器深度控制的相对误差从3.5％减小为0.5％,改善了控制精度和稳定性.且改进的双控制器的控制方法可以稳定有效地实现航行器的运动解耦.

摘要： [目的]为实现Ciscrea自主式水下航行器(AUV)的空间轨迹跟踪与艏摇控制,设计一种多输入多输出(MIMO)鲁棒控制器.[方法]采用摄动法将AUV模型中惯性矩阵的参数不确定性和二次非线性阻尼作用表述为不确定集合,通过线性分式变换(LFT)得到广义系统.针对广义系统,采用H-infinity综合方法求解AUV的MIMO鲁棒控制器,以及结构奇异值方法分析控制器的鲁棒稳定裕度.通过MATLAB仿真,模拟AUV的三维轨迹跟踪与艏摇控制,以验证鲁棒控制器性能,并在有/无干扰的情况下对其跟踪能力进行比较.[结果]通过计算得到了稳定鲁棒控制器的结构奇异值的上、下界.结果表明,设计的鲁棒控制器可有效消除干扰信号引起的输出扰动.[结论]所提控制方法具有良好的抗干扰性能,适合用于解决AUV多自由度模型中参数不确定性和非线性问题,并可为AUV在实际海洋环境下的运动控制研究提供有益参考.

摘要： [目的]自主式水下航行器(AUV)在使用过程中受不同水域密度差异的影响,需相应计算和调整其配平状态及控制参数,而增加浮力调节装置可以使AUV具备更好的自主调节能力,适应更多的应用场景.[方法]基于可变体积原理,设计一种采用油囊吸排油方法的浮力调节装置,实现双向定量传油,通过改变外油囊体积来调节AUV的浮力状态.[结果]水池性能测试及搭载AUV湖试的结果表明,所设计的浮力调节装置可以辅助AUV在水中完成定深悬停、航行下潜等功能,实现了在51 m深的湖底成功着陆,原地完成90 h低功耗坐底观测.[结论]试验证明了浮力调节装置工作的有效性,为提高AUV使用效能、扩展应用范围提供了可能性.

摘要： 以DSP芯片TMS320C6455与FPGA芯片EP3c120为核心,开发了一套适用于水下自主航行器平台远程控制与监测的通信声纳设备.该文从通信声纳工作方案设计、模块化设计、主要芯片选型、硬件电路及外部接口设计、各芯片主要工作等方面对整套通信声纳进行了较详细的介绍.并根据AUV平台对通信声纳的应用实际进行了作业范围的计算,完成了湖上性能测试,实现了水平距离7km,通信速率250bps、2kbps的无误码数据传输.

摘要： 以DSP芯片TMS320C6455与FPGA芯片EP3c120为核心,开发了一套适用于水下自主航行器平台远程控制与监测的通信声纳设备.该文从通信声纳工作方案设计、模块化设计、主要芯片选型、硬件电路及外部接口设计、各芯片主要工作等方面对整套通信声纳进行了较详细的介绍.并根据AUV平台对通信声纳的应用实际进行了作业范围的计算,完成了湖上性能测试,实现了水平距离7km,通信速率250bps、2kbps的无误码数据传输.

摘要： 以DSP芯片TMS320C6455与FPGA芯片EP3c120为核心,开发了一套适用于水下自主航行器平台远程控制与监测的通信声纳设备.该文从通信声纳工作方案设计、模块化设计、主要芯片选型、硬件电路及外部接口设计、各芯片主要工作等方面对整套通信声纳进行了较详细的介绍.并根据AUV平台对通信声纳的应用实际进行了作业范围的计算,完成了湖上性能测试,实现了水平距离7km,通信速率250bps、2kbps的无误码数据传输.

摘要： 以DSP芯片TMS320C6455与FPGA芯片EP3c120为核心,开发了一套适用于水下自主航行器平台远程控制与监测的通信声纳设备.该文从通信声纳工作方案设计、模块化设计、主要芯片选型、硬件电路及外部接口设计、各芯片主要工作等方面对整套通信声纳进行了较详细的介绍.并根据AUV平台对通信声纳的应用实际进行了作业范围的计算,完成了湖上性能测试,实现了水平距离7km,通信速率250bps、2kbps的无误码数据传输.

摘要： 本实用新型属水中兵器与海洋工程技术领域，具体涉及一种应用于水下自主航行器AUV推进系统的水密电机及该水下自主航行器AUV推进系统，该水密电机包括电机转轴、电机定子、电机壳体、电机前端盖及电机后端盖，其对应的水下自主航行器AUV推进系统包括水密电机、推进螺旋桨及导流罩，水密电机安装在自主航行器壳体前端，推进螺旋桨安装在水密电机前端；导流罩固定于所述水密电机外围，导流罩与所述航行器壳体之间形成水密封闭空间。本实用新型用于解决水下自主航行器AUV推进系统中水密电机的设计及使用问题，可实现推进电机完全水密并具备推力特性，应用中完全实现水密，并使用了阶梯压降动密封技术，应用于类似的推进系统电机设计场合。

摘要： 本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构的接收端体积小，占有自主式水下航行器内部空间小，不改变自主式水下航行器外形，对于非对准的容忍能力更强，降低了自主式水下航行器的停靠精度。

摘要： 本发明公开一种自主式水下航行器的回收方法及自主式水下航行器，其中，所述自主式水下航行器的方法包括以下步骤：在检测到开启指令后，控制所述舱门打开；控制所述无人机起飞；控制所述线缆降落在所述水面回收艇的目标位置。本发明的技术方案利用无人机在空中进行定位和识别，提高了自主式水下航行器的回收成功率和效率。

摘要： 本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述接收端包括接收线圈，所述接收线圈沿所述自主式水下航行器的径向设置，包括位于所述自主式水下航行器径向中心位置的内端部、位于自主式水下航行器壳体内表面处的外端部以及位于内端部和外端部之间的中间部。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构输入侧电流纹波小，可传递的功率等级大，并且能够延长电池寿命。

摘要： 本发明属于水下定位技术领域，公开了一种水下组合导航信息融合方法、系统及自主式水下航行器，利用SINS导航技术获取载体的姿态、速度、位置相关信息；利用DVL导航技术获取外部速度信息；利用AST导航技术获取外部位置信息；利用滤波算法将获取到的载体的姿态、速度、位置相关信息、外部速度信息、外部位置信息进行融合，并输出融合后的导航信息。本发明能够实现长航时、长航程导航定位，同时能够校正和抑制定位过程中的误差。本发明可有效抑制观测野值对滤波结果的影响，具有更好的数据平稳性。同时试验结果初步表明：相比于TFKF算法，本发明提出的FRKF算法在非高斯环境中具有更高的组合导航精度和稳定性。

摘要： 本发明公开一种自主式水下航行器的回收方法及自主式水下航行器，其中，所述自主式水下航行器的方法包括以下步骤：在检测到开启指令后，控制所述舱门打开；控制所述无人机起飞；控制所述线缆降落在所述水面回收艇的目标位置。本发明的技术方案利用无人机在空中进行定位和识别，提高了自主式水下航行器的回收成功率和效率。

摘要： 本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构的接收端体积小，占有自主式水下航行器内部空间小，不改变自主式水下航行器外形，对于非对准的容忍能力更强，降低了自主式水下航行器的停靠精度。

摘要： 本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述接收端包括接收线圈，所述接收线圈沿所述自主式水下航行器的径向设置，包括位于所述自主式水下航行器径向中心位置的内端部、位于自主式水下航行器壳体内表面处的外端部以及位于内端部和外端部之间的中间部。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构输入侧电流纹波小，可传递的功率等级大，并且能够延长电池寿命。

摘要： 本申请实施例提供一种基于复杂网络构建的自主式水下航行器航行数据分析方法，以自主式水下航行器现场所采集和保存的航姿数据为基础，采用密度峰值聚类算法消除冗余波动，同时保留大部分关键数据转折点，实现航行数据优化和去噪的目标；通过构建加权复杂网络，使用拓扑统计来分析数据的波动模式并描述航行状态，以调整自主式水下航行器朝着有意义的作业航向前进，即在整个航行过程中航姿数据始终与航行模式间存在关联关系，以此提升自主式水下航行器高度自主性和海洋长航程调查任务实施的质量与效率。

摘要： 本发明公开了一种用于自主式水下航行器定位自救的信标，属于水下航行器领域。本发明包括通信舱、电子舱、底座与馒头罩等，通信舱与电子舱密封连接，内置有GPS模块、电路板与电池等，电磁铁固定在电子舱底端内腔，磁吸片放置于磁吸座内腔与底座相连，固定在自主水下航行器顶部，馒头罩外壁面设有缠线槽，通过轴承固定在底座上做周向运动，鱼线缠绕在缠线槽内，一端与通信舱连接，信标在预定时间释放后由鱼线牵引与航行器分离，浮出水面共享实时位置信息，本发明具有结构简单，拆卸方便，应用范围广，释放与回收效率高，提高航行器水下探测安全性等优点。