《面向海洋微結構測量的水下滑翔器協同動力學行為研究》是依託天津大學，由吳芝亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向海洋微結構測量的水下滑翔器協同動力學行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳芝亮
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海洋微結構可以揭示海洋變化過程對全球氣候變化的影響規律。立體、大範圍、長時序的有效觀測是海洋微結構研究的基礎。為提高海洋微結構觀測能力，本申請項目擬開展面向海洋微結構測量的水下滑翔器協同動力學行為研究。首先，以海洋微結構測量感測器對水下滑翔器的性能要求為約束，進行海洋微結構測量感測器與水下滑翔器集成最佳化設計；其次，運用多體系統理論與人工勢能場方法，構建水下滑翔器集群關聯結構，建立協同編隊多體系統模型；最後，針對水下滑翔器特殊的間斷通信方式，採用虛擬結構體法，結合水下滑翔器個體運動學和動力學行為，發展滿足通信約束且融合姿態控制的水下滑翔器協同編隊方法，並運用形狀相似性度量法考察水下滑翔器集群的編隊保持精度，綜合編隊構形平移誤差和旋轉誤差，建立整體編隊誤差模型。本研究工作為水下滑翔器集群編隊系統在海洋觀測領域的套用提供理論研究方法,對揭示海洋內部微觀運動機理具有重要科學意義。
結題摘要
海洋微結構反映了海水的物質、能量和動量的傳輸及能量的耗散情況，同時也揭示了細結構乃至粗結構海洋內部運動的運動特性及其對全球氣候的影響。微結構普遍存在於海洋中，形成機理複雜。立體、大範圍、長時序的有效觀測是海洋微結構研究的基礎。垂直剖面儀是目前普遍使用的海洋微結構測量平台，但其測量範圍僅限於單點垂向剖面；隨船測量海域站點數量受限、剖面數少、成本高；且敏感海域測量站點受限，容易產生測量數據斷點，所能獲得的數據量非常有限，無法滿足立體、連續的觀測需求。因此，為提高海洋微結構觀測能力，本項目開展面向海洋微結構測量的水下滑翔器協同動力學行為研究。 項目主要研究內容包括：（1）水下滑翔器與海洋微結構測量感測器集成最佳化研究。以海洋微結構測量感測器對水下滑翔器的性能要求為約束，探討滿足海洋微結構測量需求的集成設計方法並最佳化水下滑翔器運動參數；（2）水下滑翔器編隊多體系統建模。運用多體系統理論與人工勢能場方法，將水下滑翔器編隊系統視為多剛體系統，根據水下滑翔器編隊構型需求設計系統關聯結構；（3）水下滑翔器協同編隊策略與構型保持精度分析。設計水下滑翔器多體系統的相對位置協同策略與姿態協同策略，分析系統外部環境不確定因素對水下滑翔器編隊系統整體性能與構型的影響；（4）相關試驗研究。 項目取得了如下研究成果：（1）分析並得到了水下滑翔器與海洋微結構測量感測器的最佳化集成方式，得到了適於海洋微機構測量的水下滑翔器運動參數選取原則；（2）發展了水下滑翔器編隊系統多體建模方法，構建了基於人工勢能場方法的多體系統內部關聯結構；（3）基於人工勢能場方法與虛擬領航者思想，設計了水下滑翔器編隊系統相對位置協同策略與姿態協同策略；（4）分析並得到了海洋環境中不確定性海流對水下滑翔器編隊系統性能的影響規律。本項目研究工作為水下滑翔器集群編隊系統在海洋觀測領域的套用提供理論研究方法,對揭示海洋內部微觀運動機理具有重要科學意義。
