潜水器主动避碰的关键技术研究

潜水器主动避碰的关键技术研究

论文摘要

主动避碰技术是无人无缆水下航行器(UUV)和智能水下航行器(AUV)研究领域的核心问题之一。本课题来源于某公司委托开发的实际工程项目。该项目的目的是研制一种小型无人潜水器,对该公司下辖的出海航道的水深情况进行实时监测。潜水器按既定路线进行航行的过程中,障碍物随时可能出现在规划好的路径上,因此潜水器必须具备主动避碰能力。本课题的研究内容是无人潜水器的一个重要组成部分—主动避碰系统的研究。该主动避碰系统采用四个声纳采集无人潜水器前、后、左、右四个方向上的障碍物信息,然后以在线方式进行避碰规划,在达到一定碰撞危险度的情况下,提供给操控系统必要的避碰信息,最后由操控系统完成潜水器的主动避碰。声纳的可靠性对整个主动避碰系统至关重要。本课题首先设计了一套实用的实验方案,从声纳测量距离的准确性、开角准确性、水面/水底的状况以及扰动对声纳测量的影响、声纳探测精度、声纳的量程等方面入手,进行现场实验测试和实验数据分析,对避碰系统采用的ESE-50声纳的性能作出评估,测试结果表明了该声纳能够用于潜水器的主动避碰。然后采用AT89S51作为控制核心,通过串口扩展芯片GM8125,设计开发一套声纳串口数据读取和存储系统,通过程序控制,实现了对多路声纳串口数据的实时采集和存储。在主动避碰策略规划方面,首先在整个航道内建立直角坐标系,基于潜水器前、后、左、右4路声纳的探测能力,以艇头方向、当前航向、障碍物方向和距离信息为已知参数,提出一套新的航行目标点的确定方法。再针对航道内潜水器主动避碰时最可能出现的碰撞情况,制定适用的避碰策略。整个避碰策略规划通过软件编程实现,在单片机系统上进行了仿真。仿真结果表明,该避碰策略规划能够实现潜水器在航道环境中的简单避碰。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 国内外相关技术研究现状
  • 1.2.1 国外无人潜水器发展现状
  • 1.2.2 国内无人潜水器发展现状
  • 1.2.3 关于避碰路径规划
  • 1.3 本课题的主要研究内容
  • 第2章 避碰系统的总体设计
  • 2.1 动态避碰规划的方法
  • 2.2 避碰系统的总体设计
  • 2.2.1 避碰的基本过程
  • 2.2.2 避碰系统的总体设计
  • 第3章 声纳性能检测实验设计及结果分析
  • 3.1 声纳工作原理
  • 3.2 所选避碰声纳介绍
  • 3.3 海洋声学特性
  • 3.4 声纳性能检测实验
  • 3.4.1 声纳距离准确性测试
  • 3.4.2 声纳开角测试
  • 3.4.3 水面和水底对测量的影响
  • 3.4.4 扰动的影响
  • 3.4.5 声纳探测精度、分辨率测试
  • 3.4.6 声纳量程测试
  • 第4章 声纳串口数据读取与存储部分设计
  • 4.1 声纳串口串口数据读取与存储部分的芯片选择
  • 4.1.1 主处理器芯片AT89C51的介绍
  • 4.1.2 串口扩展芯片GM8125的介绍
  • 4.2 硬件设计
  • 4.3 软件设计
  • 第5章 简单的避碰路径规划及软件实现
  • 5.1 避碰原理
  • 5.2 避碰策略规划
  • 5.2.1 避碰目标点坐标的确定方法
  • 5.2.2 十种简单避碰状态的策略规划
  • 5.3 软件设计思想和流程
  • 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究生履历
  • 相关论文文献

    标签:;  ;  ;  ;  

    潜水器主动避碰的关键技术研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢