面向岛礁监视的多UUV目标搜索与跟踪方法研究

发布时间：2020-06-22 16:37

【摘要】：近年来,随着海洋领域的争端不断,对于岛礁周围海域的监视成为一项亟待解决的问题,水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为一种可控性好、续航能力长、搭载能力强的新型水下装备是解决该问题的重要手段。本课题为解决面向岛礁监视的多UUV目标搜索与跟踪问题,主要开展了关于多UUV协同目标搜索算法、UUV运动目标估计及跟踪导引方法、多UUV岛礁监视策略等方面的研究。主要研究内容如下:首先,对多UUV协同岛礁监视问题进行分析,制定了监视策略,并且对研究所需涉及的要素进行建模,包括近岛礁任务区域模型、UUV运动学模型、前视声呐探测模型以及目标运动模型,此外分析了UUV间的信息交互功能。其次,对多UUV协同目标搜索问题进行定义和特性分析,提出了基于改进粒子群算法的多UUV协同目标搜索算法。研究中对基本概率图模型加入各个UUV的占用信息进行改进。以此为基础制定了合理的协同搜索任务优化目标、建立了UUV状态空间模型。基于滚动优化在线求解思想,引入预测控制,对传统粒子群算法进行改进实现多UUV协同目标搜索。仿真结果表明提出的改进算法在复杂环境中具有更好的目标搜索效果,且对于不同性质区域具有不同的巡逻频率。然后,针对运动特性复杂的目标跟踪问题,基于IMM-UKF对多种模型融合的运动目标状态估计方法的研究,提出了改进的IMM算法,能实现模型集的自适应选择。在估计出目标运动状态后,结合视线导引法制定了UUV跟踪运动目标的导引策略,使UUV能够保持尾随目标的跟踪状态。仿真结果表明所设计的目标状态估计方法和跟踪导引策略具有良好的跟踪效果。最后,基于Matlab的GUI设计,完成了多UUV岛礁监视仿真系统搭建。将课题中涉及的协同搜索、目标跟踪和监视策略三个子模块进行封装集中,通过设置相关参数直接对多UUV岛礁监视场景进行仿真。通过设计不同的仿真案例,对本文所做的研究给出了系统性的验证。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715;TP277
【图文】：

现代科技发展,航行器,型号,形式

究背景及意义无论在军事领域还是民用领域，UUV 都已得到广泛关注，重中之重。UUV 的军事用途极为丰富，可具备侦察、打击民事用途主要包括海洋地貌探测、沉船搜寻、水下设备检修 4 月，在寻找失事马航黑匣子中，通过投放“蓝鳍金枪鱼”进行深海精细调查工作，如图 1.1 所示。众所周知，水下环感设备在恶劣水下环境都无法起作用，而且在面对水中复杂也会大大降低。而如果采用人工方法来解决水下救援、海底复杂问题，无疑是把人类推到危险边缘。因此，随着计算机基于自动控制，能够开发出一种代替人工操作的自主水下航问题最好的解决办法。而且对于水下军事任务的执行，UU化、低成本化于一身，且具备极强隐蔽性的潜航器，又可基性能，这与核潜艇等现有的水下大型设备相比，敏捷性更高民事用途双重需求的引导下，自主水下航行器的技术研究变大量的专家与学者的重视，并进行了大量的研究工作。

示意图,协同作战,示意图,航行器

未来作战形式必然是往协同方向发展，更不为夸张地说，如图1.2 所示的海陆空三大联合组网作战体系是未来各个国家军事力量的必然发展态势[1]。同时，随着人类对海洋资源的开发、对水下设施的建设与日俱增，单体 UUV 已难以满足作业需求。因此，多水下无人航行器（UUVs）协同技术必将成为水下无人航行器的重要发展方向之一。未来对 UUV 的应用，必然会包含多 UUV 分布式应用：在军事任务方面，多 UUV 可以彼此协助，形成可攻可守的战术、战略团队；在民用上，能够通过相互协调，实现复杂的水下任务作业[2]。多水下无人航行器所具备的性能优势远远胜过

【参考文献】