海洋智慧型無人系統技術

《海洋智慧型無人系統技術》是一本2020年出版的圖書，由上海科學技術出版社出版

基本介紹

• 中文名：海洋智慧型無人系統技術
• 作者：編者:汪洋//丁麗琴//吳鵬//李黎明//高志龍|責編:陳晏平//吳江田//王體濤
• 類別：環境質量評價與環境監測
• 出版社：上海科學技術出版社
• 出版時間：2020年
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• ISBN：9787547850442

內容簡介

《海洋智慧型無人系統技術》分為２２章，總結了作者在海洋環境無人監測系統 相關技術及套用方面的部分研究工作和心得體會。第１～３章不僅對海洋環境監測系統 的發展現狀進行了概述，還對其未來發展趨勢進行了探討，強調了海天耦合無人監測系統 的重要意義；第４～８章、第９～１４章、第１５～１９章分別對三個重要子系統（ ＵＳＶ、 ＡＵＶ和 微小衛星）的整體架構和技術原理進行了詳細闡述；第２０～２２章介紹了基於人工智慧的 海天耦合監測數據處理系統和相關技術，並給出了套用實例。

作者簡介

主要作者汪洋，2006年進入哈爾濱工業大學深圳研究生院工作，2007年任副教授，2010年破格晉升為哈爾濱工業大學博士生導師，同年擔任哈工大深圳研究生院科技發展處副處長，2012年擔任深圳市“短距離無線互聯套用產業公共服務平台”主任。現擔任中國電子學會高級會員，深圳市通信學會副會長、常務理事。2011年當選深圳市青年聯合會第七屆委員會委員。2010年榮獲深圳市地方級領軍人才。

研究方向：5G前沿理論與技術，無人駕駛理論與技術，衛星通信理論與技術

科研項目：

(1) “十一五”863計畫重點項目：高頻段無線通信基礎技術研究開發與示範系統（哈工大主持）

(2) 國家科技重大專項：電波測量與信道建模技術研究 （哈工大主持）

(3) 國家自然科學基金面上項目：基於空間損耗場的寬頻協同通信信道陰影衰落相關性建模研究（主持）

(4) 中國博士後科學基金：脈衝信號室內環境射線跟蹤方法研究（主持）

(5) 歐盟第七框架(FP7)：WiNDOW-Towards Pervasive Indoor Wireless Networks（哈工大主持）

圖書目錄

第1章海洋環境監測背景、定義與意義1

1．1海洋環境監測的背景3

1．2海洋環境監測的定義4

1．3海洋環境監測的意義5

1．3．1經濟意義5

1．3．2安全意義6

1．3．3生態意義7

第2章海洋環境監測系統發展現狀9

2．1監測站11

2．2調查船12

2．3浮標監測13

2．4衛星監測15

第3章海洋環境監測系統發展趨勢17

3．1水面無人艇監測系統19

3．2自主水下航行器監測系統22

3．3微小衛星監測系統24

3．4海天耦合無人監測系統26

第4章水面無人艇系統概述29

4．1背景31

4．2發展歷史33

4．3系統架構及功能39

4．3．1水面無人艇基本架構39

4．3．2水面無人艇基本導航系統41

4．4水面監測關鍵技術44

第5章航行狀態估計47

5．1基於IMU和GPS的狀態估計49

5．1．1噪聲和累積誤差的消除49

5．1．2模型不確定性的處理49

5．1．3感測器故障的調節52

5．1．4多感測器信息融合55

5．1．5基於其他感測器的估計60

5．2態勢感知60

第6章水面無人艇航行建模與控制技術63

6．1水面無人艇航行系統及控制策略65

6．1．1典型水面無人艇的導航控制系統65

6．1．2水面無人艇控制策略67

6．2水面無人艇數學建模68

6．2．1水面無人艇動力學模型69

6．2．2水面無人艇運動模型71

6．3水面無人艇智慧型路徑規劃和控制73

6．3．1碰撞風險評估策略74

6．3．2水面無人艇運動規劃76

6．3．3水面無人艇智慧型導航81

第7章水面無人艇水面環境感知技術85

7．1環境感知技術87

7．1．1被動環境感知87

7．1．2主動環境感知96

7．2用於環境感知的新型探測器104

7．2．1微型USB探頭105

7．2．2Conduino設計109

7．2．3實驗結果與討論111

第8章水面無人艇水面通信網路技術115

8．1水聲通信117

8．1．1水聲通信鏈路強度模型117

8．1．2通信能量損失模型118

8．1．3水面無人艇運動模型118

8．1．4海洋環境影響模型120

8．1．5實驗與分析120

8．2無線通信123

8．2．1整體結構123

8．2．2船舶智慧型數據感測的總體結構124

8．2．3水面無人艇終端軟體設計125

8．2．4通信協定的建立126

8．2．5實驗與分析128

第9章自主水下航行器系統概述131

9．1背景133

9．2發展歷史134

9．3系統架構及功能136

9．3．1能源系統137

9．3．2自主控制系統137

9．3．3導航系統138

9．3．4通信系統138

9．3．5任務載荷系統139

9．4主流自主水下航行器系統介紹140

第10章自主水下航行器航行建模與控制技術143

10．1數學建模和仿真145

10．1．1自主水下航行器運動學和動力學145

10．1．2推力流體動力學建模146

10．1．3一般動力學模型147

10．2運動控制策略148

10．2．1控制算法148

10．2．2水平面的速度和位置控制149

10．2．3垂直面俯仰和升沉聯合控制150

10．3全耦合6自由度控制151

10．3．1控制準則設計與分析152

10．3．2控制分配159

第11章實時制導和避障技術165

11．1動力學方程168

11．2實時制導170

11．3二維平面軌跡控制175

11．4測試工具和感測結構176

11．5路徑跟隨算法182

11．6計算機模擬和海上試驗185

第12章基於分散控制函式的編隊制導193

12．1虛勢框架195

12．1．1被動性196

12．1．2局部小值197

12．1．3勢輪廓生成器和分散控制功能198

12．1．4轉子矯正201

12．2勢編隊框架203

12．3大型Ariesprecursor　AUV平台204

12．3．1航行器的模型動態204

12．3．2控制208

12．4狀態估計與信號控制209

12．4．1障礙分類209

12．4．2狀態估計212

12．4．3測量和處理噪聲212

12．4．4控制信號調節218

12．5模擬結果219

12．5．1模擬1219

12．5．2模擬2221

第13章自主水下航行器水下環境感知技術225

13．1感測器結構227

13．1．1載荷感測器227

13．1．2導航感測器229

13．2水下整合平台230

13．2．1空間和時間覆蓋範圍和解析度232

13．2．2自治功能233

13．3NTNU聯合水下環境監測236

13．3．1綜合航行作業237

13．3．2方法237

13．3．3觀測結果239

13．3．4二次巡航——北極行動239

13．4AUV　Urashima海底地形觀測240

13．4．1AUV　Urashima簡介240

13．4．2細尺度熔岩流分布的水下觀測241

13．4．3熱液站點水下圖像觀測248第14章自主水下航行器水下短程水聲通信技術255

14．1水下聲學通信網路258

14．2水下數據傳輸信道特性260

14．2．1聲信號電平260

14．2．2信號衰減260

14．2．3路徑損耗263

14．2．4水下多徑特性264

14．2．5都卜勒效應266

14．2．6噪聲266

14．3短程信道建模269

14．3．1信噪比的頻率相關分量269

14．3．2信道頻寬272

14．3．3信道容量273

14．3．4短程水聲通信中的誤碼率274

14．4編隊網路協定設計技術276

14．4．1MAC協定276

14．4．2分組路由278

第15章微小衛星系統概述279

15．1背景281

15．2發展歷史282

15．3系統架構及功能285

15．3．1微小衛星分系統介紹285

15．3．2微小衛星對地觀測的套用287

第16章衛星姿態控制技術293

16．1姿態確定295

16．1．1太空飛行器軌道位置的確定295

16．1．2軌道計算算法296

16．1．3地磁場模型297

16．1．4板載感測器300

16．1．5姿態估計302

16．1．6兩體引力模型對姿態計算的影響307

16．2姿態控制309

16．2．1制動器309

16．2．2線性二次調節312

第17章衛星電源設計技術319

17．1架構權衡研究321

17．2能量儲存解決方案323

17．3太陽能發電與儲能324

17．3．1無管制匯流排324

17．3．2受管制匯流排325

17．3．3環型匯流排326

17．4能量平衡計算327

第18章衛星天基監測技術329

18．1HY2A衛星331

18．1．1儀器描述331

18．1．2算法和數據處理方法333

18．1．3初步結果336

18．2CFOAST衛星343

18．2．1儀器描述343

18．2．2SWIM海洋波浪測量原則347

18．2．3預期結果349

18．3多星聯測350

18．3．1海浪遙感觀測空間覆蓋351

18．3．2海浪遙感時間覆蓋353

18．3．3海浪遙感融合產品353

18．4AIS海洋監測衛星356

18．4．1AISSat1和AISSat2356

18．4．2NorSat1和NorSat2357

18．4．3基於AIS監測358

第19章衛星通信網路技術361

19．1軌道和傳輸媒介363

19．1．1斜距與自由空間損耗363

19．1．2通信時間和數據吞吐量364

19．1．3大氣損耗365

19．2都卜勒頻移365

19．2．1都卜勒頻移現象的物理解釋365

19．2．2都卜勒頻移與衛星通信366

19．2．3克服都卜勒頻移367

19．2．4計算都卜勒頻移的替代方法369

19．3基帶調製369

19．3．1通用基帶調製技術369

19．3．2解調測試373

19．4FM調製374

19．4．1FM調製理論374

19．4．2立方星FM調製的優勢375

19．4．3調製器對齊376

19．4．4解調器測試377

19．5傳輸線379

19．5．1傳輸線理論379

19．5．2傳輸線測試380

19．5．3前置放大器380

19．6天線381

19．6．1定向增益381

19．6．2極化382

19．6．3ION衛星天線383

19．6．4ION地面站天線384

19．6．5天線旋轉和校正385

19．7噪聲386

19．7．1噪聲理論386

19．7．2天線噪聲387

19．7．3噪聲計算388

19．8鏈路預算389

第20章多源異構監測信息深度融合391

20．1異構數據和數據融合393

20．2融合架構395

20．3基於深度學習的深度融合400

第21章基於監測信息的大數據挖掘409

21．1數據挖掘介紹411

21．1．1數據挖掘產生背景412

21．1．2數據挖掘分析方法412

21．2數據挖掘算法413

21．2．1數據挖掘步驟413

21．2．2數據挖掘算法分類414

21．3基於深度學習的海洋大數據挖掘419

21．3．1深度學習起源419

21．3．2深度學習關鍵算法原理420

21．3．3深度學習在海洋大數據挖掘中的研究及套用422

第22章監測數據套用實例427

22．1無人海事監測體系結構429

22．1．1多種類機器人監測類型429

22．1．2系泊和準靜態監測類型431

22．1．3無人駕駛船舶和自主航運433

22．1．4小衛星和無人駕駛載具系統434

22．1．5海洋自主系統的套用439

22．2海事數據分析算法441

22．2．1海洋環保大數據統計分析441

22．2．2海洋環保大數據信息融合處理442

22．3海洋環保大數據統計分析及信息融合算法改進443

22．3．1關聯規則特徵提取443

22．3．2模糊C均值聚類及環保監測診斷實現443

22．3．3仿真實驗與結果分析444

22．4SOM算法在海洋大數據挖掘中的套用初探445

22．4．1自組織映射算法446

22．4．2基於SOM的海洋噪聲數據分析447

結語展望與挑戰451

參考文獻455