基本介紹
內容簡介,作者簡介,目錄,
內容簡介
深海水下搜救既是無人潛水器的重要套用領域，也是現代智慧型信息處理的重要套用領域，是一多學科交叉的高新技術。本書在綜述近年來無人潛水器水下搜救關鍵技術研究進展的基礎上，從單個無人潛水器水下搜救和多潛水器協作搜救兩個方面，研究無人潛水器水下搜救的基本理論方法與關鍵技術。最後給出一個實際的無人潛水器硬體與軟體系統和實際的水下搜救案例。本書可供從事水下搜救、探測、考古的科研人員閱讀，也可供從事潛水器系統設計、海洋工程、自動控制、信號處理、機器人等有關專業的工程技術人員和高校師生參考。
作者簡介
朱大奇，1964年11月生，博士、教授、博士生導師。現為上海海事大學水下機器人與智慧型系統實驗室主任、上海市領軍人才、上海市優秀學科帶頭人。主持國家“863”計畫、國家自然科學基金及省部級重點項目20項。獲上海市科技進步二等獎3次、三等獎1次。以首位作者或通信作者發表SCI論文56篇、EI期刊論文66篇；出版專著3部、教材3部；相關論文、論著他引近1600次，其中SCI他引210次。授權國家專利10項。主要研究方向：無人潛水器水下搜救、智慧型信息處理與故障診斷。
胡震，1967年11月生，中國船舶重工集團公司702研究所研究員，“蛟龍號”7000米載人潛水器副總設計師，國產化4500米載人潛水器總設計師，國家“萬人計畫”首批科技創新領軍人才。作為主要負責人，參與近10項水下機器人設計與研製工作。獲國家科技進步二等獎1次，國防科工委和江蘇省科技進步一等獎各1次。在國內外期刊發表論文近20篇。主要研究方向：水下機器人總體設計與分析、智慧型控制、機器人視覺及水下機器人操控。
張銘鈞，1963年10月生，博士、教授、博士生導師。現為哈爾濱工程大學教授。主持國家自然科學基金及省部級項目20餘項。獲省部級科技獎8次。發表SCI、EI檢索論文100餘篇；出版專著和教材4部。授權發明專利30項。主要研究方向：水下機器人設計與控制。
周晨陽，1961年6月生，碩士生導師，西南電子電信技術研究所高級工程師。主持國防與民用重點項目近20項。獲國家科技進步一等獎1次，省部級科技進步一等獎1次，省部級科技進步二等獎6次。發表論文30餘篇。授權發明專利1項。主要研究方向：通信工程、智慧型控制。
胡震，1967年11月生，中國船舶重工集團公司702研究所研究員，“蛟龍號”7000米載人潛水器副總設計師，國產化4500米載人潛水器總設計師，國家“萬人計畫”首批科技創新領軍人才。作為主要負責人，參與近10項水下機器人設計與研製工作。獲國家科技進步二等獎1次，國防科工委和江蘇省科技進步一等獎各1次。在國內外期刊發表論文近20篇。主要研究方向：水下機器人總體設計與分析、智慧型控制、機器人視覺及水下機器人操控。
張銘鈞，1963年10月生，博士、教授、博士生導師。現為哈爾濱工程大學教授。主持國家自然科學基金及省部級項目20餘項。獲省部級科技獎8次。發表SCI、EI檢索論文100餘篇；出版專著和教材4部。授權發明專利30項。主要研究方向：水下機器人設計與控制。
周晨陽，1961年6月生，碩士生導師，西南電子電信技術研究所高級工程師。主持國防與民用重點項目近20項。獲國家科技進步一等獎1次，省部級科技進步一等獎1次，省部級科技進步二等獎6次。發表論文30餘篇。授權發明專利1項。主要研究方向：通信工程、智慧型控制。
目錄
第1章無人潛水器水下搜救概述
1.1深海潛水器
1.1.1載人潛水器
1.1.2無人潛水器
1.2無人潛水器研究概況
1.2.1有纜遙控無人潛水器
1.2.2無纜自治無人潛水器
1.2.3國內深海潛水器研究
1.3無人潛水器水下搜救關鍵技術
1.3.1無人潛水器水下環境感知與地圖構建技術
1.3.2無人潛水器的導航與通信系統
1.3.3無人潛水器的水下路徑規劃及安全避障技術
1.3.4無人潛水器的軌跡跟蹤控制技術
1.3.5無人潛水器的水下目標探測與識別技術
1.3.6無人潛水器故障自診斷與容錯控制技術
1.3.7多潛水器水下協作搜救技術
參考文獻
第2章信息融合與水下地圖構建
2.1無人潛水器坐標系統
2.2無人潛水器水下搜救環境模型
2.3聲納感測器參數與模型的建立
2.3.1前視聲納模型
2.3.2聲納感測器參數與模型建立
2.4基於D-S信息融合的AUV地圖構建與更新
2.4.1D-S信息融合算法
2.4.2AUV地圖構建系統組成
2.4.3AUV地圖柵格的狀態判別規則
1.1深海潛水器
1.1.1載人潛水器
1.1.2無人潛水器
1.2無人潛水器研究概況
1.2.1有纜遙控無人潛水器
1.2.2無纜自治無人潛水器
1.2.3國內深海潛水器研究
1.3無人潛水器水下搜救關鍵技術
1.3.1無人潛水器水下環境感知與地圖構建技術
1.3.2無人潛水器的導航與通信系統
1.3.3無人潛水器的水下路徑規劃及安全避障技術
1.3.4無人潛水器的軌跡跟蹤控制技術
1.3.5無人潛水器的水下目標探測與識別技術
1.3.6無人潛水器故障自診斷與容錯控制技術
1.3.7多潛水器水下協作搜救技術
參考文獻
第2章信息融合與水下地圖構建
2.1無人潛水器坐標系統
2.2無人潛水器水下搜救環境模型
2.3聲納感測器參數與模型的建立
2.3.1前視聲納模型
2.3.2聲納感測器參數與模型建立
2.4基於D-S信息融合的AUV地圖構建與更新
2.4.1D-S信息融合算法
2.4.2AUV地圖構建系統組成
2.4.3AUV地圖柵格的狀態判別規則
2.5構建地圖仿真結果及分析
2.5.1實驗環境初始化及仿真流程
2.5.2地圖構建準確率的定義
2.5.3仿真結果及分析
參考文獻
2.5.1實驗環境初始化及仿真流程
2.5.2地圖構建準確率的定義
2.5.3仿真結果及分析
參考文獻
第3章人工勢場AUV水下路徑規劃
3.1人工勢場模型
3.1.1引力勢場建模
3.1.2斥力勢場建模
3.2人工勢場路徑規劃的局部極小問題
3.3人工勢場的AUV路徑規劃
3.3.1改進的引力勢場函式
3.3.2仿真實驗及分析
3.3.3局部極值問題
3.4海流狀況下的AUV人工勢場路徑規劃
3.4.1AUV在海流環境的運行特點
3.4.2速度矢量合成與人工勢場集成的路徑規划算法
3.4.3仿真實驗及分析
參考文獻
第4章生物啟發AUV水下路徑規劃
4.1生物啟發神經動力學的基本原理
4.2生物啟發神經網路模型
4.2.1二維生物啟發神經網路模型
4.2.2三維生物啟發神經網路模型
4.2.3模型的穩定性分析
4.3模型的參數敏感性分析
4.1生物啟發神經動力學的基本原理
4.2生物啟發神經網路模型
4.2.1二維生物啟發神經網路模型
4.2.2三維生物啟發神經網路模型
4.2.3模型的穩定性分析
4.3模型的參數敏感性分析
4.3.1神經元之間的連線權係數
4.3.2神經元的外部輸入信號
4.3.3神經元活性輸出的取值範圍
4.3.4神經元活性值的衰減速率
4.3.2神經元的外部輸入信號
4.3.3神經元活性輸出的取值範圍
4.3.4神經元活性值的衰減速率
4.4基於生物啟發神經動力學模型的AUV全局路徑規劃
4.4.1水下環境建模
4.4.2環境信息已知的點到點路徑規劃方法
4.5環境信息未知全局路徑規劃方法
4.5.1路徑規劃模型初始化
4.5.2路徑規劃中的死鎖問題
4.5.3路徑規劃的實現與效果對比
4.6基於聲納的長距離路徑規劃套用
4.6.1AUV與環境建模
4.6.2聲納感測器信息處理
4.6.3神經網路模型及目標點激勵
4.6.4長距離路徑規劃實驗
4.7基於三維生物啟發神經網路的路徑規劃
4.7.1三維環境地圖與三維神經網路模型
4.7.2路徑規划算法
4.7.3路徑規劃仿真實驗
4.7.4路徑最佳化
參考文獻
第5章無人潛水器水下軌跡跟蹤控制
5.1基於生物啟發模型的運動學三維軌跡跟蹤
5.1.1無人潛水器運動學軌跡跟蹤控制
5.1.2生物啟發模型
5.1.3基於生物啟發模型的反步運動學控制算法
5.1.4仿真與分析
5.2基於生物啟發模型的動力學三維軌跡跟蹤
5.2.1基於生物啟發模型的反步滑模級聯動力學跟蹤控制算法
5.1基於生物啟發模型的運動學三維軌跡跟蹤
5.1.1無人潛水器運動學軌跡跟蹤控制
5.1.2生物啟發模型
5.1.3基於生物啟發模型的反步運動學控制算法
5.1.4仿真與分析
5.2基於生物啟發模型的動力學三維軌跡跟蹤
5.2.1基於生物啟發模型的反步滑模級聯動力學跟蹤控制算法
5.2.2FALCON三維跟蹤控制仿真
5.2.3蛟龍號三維跟蹤控制仿真
5.3海流狀況下的自適應三維軌跡跟蹤控制
5.3.1無人潛水器的傳統自適應控制
5.3.2海流狀況下基於自適應控制的無人潛水器軌跡跟蹤控制
5.3.3仿真與分析
參考文獻
第6章多AUV水下搜救任務分配
6.1自組織多AUV多任務分配與路徑規划算法
6.1.1自組織特徵映射(SOM)神經網路
6.1.2基於SOM的多AUV系統的多任務分配
6.1.3三維速度矢量合成算法
6.2仿真結果
6.2.1無海流環境下的多任務分配與路徑規劃
6.2.2靜態海流環境下的多任務分配與路徑規劃
6.2.3時變海流環境下的多任務分配與路徑規劃
6.2.4時變海流環境下的動態多任務分配與路徑規劃
6.3柵格信度自組織多AUV多任務分配與路徑規划算法
6.3.1柵格位置信度函式
6.3.2方向信度函式
6.3.3AUV路徑選擇策略與權值更新
6.4基於改進SOM算法的三維多AUV任務分配仿真及分析
6.4.1三維靜態環境中的多AUV任務分配仿真及分析
6.4.2三維動態目標環境中的多AUV任務分配仿真及分析
6.4.3三維動態障礙物環境中的多AUV任務分配仿真及分析
參考文獻
6.4基於改進SOM算法的三維多AUV任務分配仿真及分析
6.4.1三維靜態環境中的多AUV任務分配仿真及分析
6.4.2三維動態目標環境中的多AUV任務分配仿真及分析
6.4.3三維動態障礙物環境中的多AUV任務分配仿真及分析
參考文獻
第7章多AUV水下編隊控制
7.1多AUV主從式運動學編隊控制研究
7.1.1基於領航AUV位置信息的虛擬AUV設計
7.1.2運動學編隊控制律設計
7.1多AUV主從式運動學編隊控制研究
7.1.1基於領航AUV位置信息的虛擬AUV設計
7.1.2運動學編隊控制律設計
7.1.3穩定性分析
7.1.4運動學編隊控制仿真及結果分析
7.2多AUV編隊避障方法研究
7.2.1基於人工勢場的多AUV編隊避障方法
7.2.2基於人工勢場的多AUV避障仿真
參考文獻
7.1.4運動學編隊控制仿真及結果分析
7.2多AUV編隊避障方法研究
7.2.1基於人工勢場的多AUV編隊避障方法
7.2.2基於人工勢場的多AUV避障仿真
參考文獻
第8章多AUV協作搜尋
8.1生物啟發神經網路搜尋路徑規劃模型
8.1.1二維搜尋路徑規劃模型
8.1.2三維搜尋路徑規劃模型
8.2基於生物啟發神經網路的二維多AUV目標搜尋仿真及分析
8.2.1二維環境中靜態目標搜尋
8.2.2二維環境中動態目標搜尋
8.2.3二維環境中部分AUV出現故障情況下的目標搜尋
8.2.4二維環境中不同算法的性能比較
8.3基於生物啟發神經網路的三維多AUV目標搜尋仿真及分析
8.1生物啟發神經網路搜尋路徑規劃模型
8.1.1二維搜尋路徑規劃模型
8.1.2三維搜尋路徑規劃模型
8.2基於生物啟發神經網路的二維多AUV目標搜尋仿真及分析
8.2.1二維環境中靜態目標搜尋
8.2.2二維環境中動態目標搜尋
8.2.3二維環境中部分AUV出現故障情況下的目標搜尋
8.2.4二維環境中不同算法的性能比較
8.3基於生物啟發神經網路的三維多AUV目標搜尋仿真及分析
8.3.1三維環境中靜態目標搜尋
8.3.2三維環境中動態目標搜尋
8.3.3三維環境中部分AUV出現故障情況下的目標搜尋
8.3.4三維環境中不同算法的性能比較
8.4海流環境中的多AUV目標搜尋
8.4.1海流模型
8.4.2速度矢量合成算法
8.5三維海流環境中的多AUV目標搜尋仿真及分析
8.5.1三維常值海流環境下的多AUV目標搜尋
8.5.2三維動態海流環境下的多AUV目標搜尋
8.5.3三維動態海流環境下的多AUV動態目標搜尋
參考文獻
8.3.2三維環境中動態目標搜尋
8.3.3三維環境中部分AUV出現故障情況下的目標搜尋
8.3.4三維環境中不同算法的性能比較
8.4海流環境中的多AUV目標搜尋
8.4.1海流模型
8.4.2速度矢量合成算法
8.5三維海流環境中的多AUV目標搜尋仿真及分析
8.5.1三維常值海流環境下的多AUV目標搜尋
8.5.2三維動態海流環境下的多AUV目標搜尋
8.5.3三維動態海流環境下的多AUV動態目標搜尋
參考文獻
第9章無人潛水器研發與搜救實踐
9.1AUV系統設計
9.1.1核心控制系統
9.1.2水面導航定位系統
9.1.3任務感測系統
9.1.4運動控制系統
9.1.5能源動力系統結構設計
9.2主要硬體設備介紹
9.2.1羅經（附帶陀螺儀）
9.2.2深度計
9.2.3推進器
9.2.4嵌入式模板
9.3嵌入式系統軟體設計
9.3.1VxWorks簡介
9.3.2VxWorks集成開發環境Tornado2.2
9.4無人潛水器水下搜救案例
9.4.1搜尋任務背景
9.4.2搜尋任務準備
9.4.3ROV搜尋路徑規劃
9.4.4水面定位
9.4.5水下目標搜尋
參考文獻"
9.1AUV系統設計
9.1.1核心控制系統
9.1.2水面導航定位系統
9.1.3任務感測系統
9.1.4運動控制系統
9.1.5能源動力系統結構設計
9.2主要硬體設備介紹
9.2.1羅經（附帶陀螺儀）
9.2.2深度計
9.2.3推進器
9.2.4嵌入式模板
9.3嵌入式系統軟體設計
9.3.1VxWorks簡介
9.3.2VxWorks集成開發環境Tornado2.2
9.4無人潛水器水下搜救案例
9.4.1搜尋任務背景
9.4.2搜尋任務準備
9.4.3ROV搜尋路徑規劃
9.4.4水面定位
9.4.5水下目標搜尋
參考文獻"
