海洋環(huán)境下AUV目標(biāo)跟蹤控制研究.pdf

1、近幾年來，隨著對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用，自主水下航行器(AUV)的研究成為一個(gè)熱門的領(lǐng)域。一方面，它可以減少人類下潛的危險(xiǎn)，完成一些人類不能完成的任務(wù)，另一方面它可以隨意地在海底暢游，獲得更多人類和儀器無法觀測(cè)的水下信息。目標(biāo)跟蹤研究是AUV技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。本文針對(duì)AUV跟蹤水平面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的問題，采用了李亞譜諾夫和反步法結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)目標(biāo)跟蹤控制器，以解決欠驅(qū)動(dòng)AUV跟蹤水平面目標(biāo)軌跡的控制問題。AUV目標(biāo)跟蹤的研究，對(duì)于聲

2、納探測(cè)、水下作戰(zhàn)、海上安全作業(yè)及海洋開發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文主要從以下方面對(duì)AUV目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行了研究：
　　 首先，數(shù)學(xué)模型的建立，包括AUV運(yùn)動(dòng)建模、環(huán)境干擾模型和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型。AUV運(yùn)動(dòng)建模包括坐標(biāo)系、AUV推進(jìn)器模型和六自由度模型；環(huán)境干擾模型主要研究了海流模型；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型包括勻速(CV)模型、勻加速(CA)模型和聯(lián)合轉(zhuǎn)彎(CT)模型。
　　 其次，基于卡爾曼濾波理論對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

3、進(jìn)行估計(jì)。首先討論了估計(jì)和濾波的基本理論；然后分別研究了卡爾曼濾波、擴(kuò)展卡爾曼濾波和變維(VD)卡爾曼濾波的原理與算法；最后基于以上三種不同的卡爾曼濾波算法，針對(duì)幾種不同的典型目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出了估計(jì)仿真。
　　 再次，在欠驅(qū)動(dòng)AUV模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)目標(biāo)跟蹤控制器。首先討論了目標(biāo)跟蹤分類問題和約束條件；然后建立欠驅(qū)動(dòng)AUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，計(jì)算出AUV跟蹤目標(biāo)軌跡所需的參考速度；接