海洋機(jī)器人自主觀測理論與技術(shù)

目錄
叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 海洋自主觀測的意義 1
1.1.2 海洋觀測平臺(tái) 1
1.2 海洋自主觀測國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.3 海洋自主觀測發(fā)展趨勢(shì) 10
1.3.1 高性能高可靠的移動(dòng)觀測平臺(tái) 11
1.3.2 多元化及立體化觀測網(wǎng)絡(luò) 11
1.3.3 模塊化結(jié)構(gòu) 12
1.4 海洋自主觀測體系架構(gòu) 12
1.4.1 海洋觀測任務(wù)規(guī)劃 13
1.4.2 海洋機(jī)器人路徑規(guī)劃 15
1.4.3 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與控制 16
1.4.4 多海洋機(jī)器人近實(shí)時(shí)特征跟蹤 18
參考文獻(xiàn) 18
2 自主覆蓋觀測優(yōu)化 20
2.1 概述 20
2.2 海洋特征場估計(jì) 21
2.2.1 空間隨機(jī)變量估計(jì) 21
2.2.2 變異函數(shù)估計(jì) 23
2.2.3 仿真實(shí)驗(yàn) 27
2.3 區(qū)域覆蓋采樣點(diǎn)選擇 29
2.3.1 采樣性能準(zhǔn)則 29
2.3.2 貪婪算法采樣策略 30
2.3.3 貪婪算法得到的次優(yōu)解邊界下限 31
2.4 自適應(yīng)覆蓋觀測方法 33
2.4.1 覆蓋采樣 34
2.4.2 參數(shù)估計(jì) 37
2.4.3 分布式自適應(yīng)采樣 42
2.4.4 仿真實(shí)驗(yàn) 47
參考文獻(xiàn) 56
3 海洋機(jī)器人動(dòng)態(tài)海洋特征跟蹤方法 58
3.1 概述 58
3.2 典型海洋特征跟蹤模型 59
3.2.1 海洋鋒面跟蹤模型 59
3.2.2 等值線、極值跟蹤模型 62
3.2.3 溫躍層跟蹤模型 63
3.2.4 上升流跟蹤模型 65
3.2.5 中尺度渦跟蹤 68
3.3 特征場等值線自主跟蹤觀測 70
3.3.1 特征場等值線提取 71
3.3.2 基于多水下滑翔機(jī)的溫度特征場跟蹤 76
3.3.3 仿真實(shí)驗(yàn) 80
3.4 中尺度渦自主跟蹤觀測 84
3.4.1 中尺度渦動(dòng)態(tài)特征提取 84
3.4.2 基于水下滑翔機(jī)的中尺度渦跟蹤 90
3.4.3 仿真實(shí)驗(yàn) 98
參考文獻(xiàn) 99
4 海流環(huán)境中海洋機(jī)器人路徑規(guī)劃 101
4.1 概述 101
4.2 問題描述 102
4.2.1 問題建立 102
4.2.2 環(huán)境流場構(gòu)建 103
4.3 全局流場下海洋機(jī)器人路徑規(guī)劃 105
4.3.1 Wavefront算法路徑規(guī)劃 105
4.3.2 A*算法路徑規(guī)劃 107
4.3.3 基于水平集的路徑規(guī)劃方法 108
4.3.4 仿真結(jié)果與分析 113
4.4 基于共享流場的海洋機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃 116
4.4.1 共享數(shù)據(jù)提取與壓縮 118
4.4.2 基于單包傳輸策略的數(shù)據(jù)共享 122
4.4.3 基于共享數(shù)據(jù)的環(huán)境流場重建 124
4.4.4 仿真研究 125
參考文獻(xiàn) 131
5 面向海洋觀測的海洋機(jī)器人協(xié)同控制方法 133
5.1 概述 133
5.2 海洋中尺度渦圓形觀測路徑協(xié)同控制策略 134
5.2.1 渦旋中心坐標(biāo)系海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)微分方程 135
5.2.2 圓形路徑隊(duì)形能量函數(shù) 136
5.2.3 圓形路徑協(xié)同控制律 137
5.2.4 圓形路徑協(xié)同控制仿真實(shí)驗(yàn) 141
5.3 一階可微觀測協(xié)同控制策略 148
5.3.1 Frenet坐標(biāo)系下海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)微分方程 148
5.3.2 一階可微路徑編隊(duì)能量函數(shù) 151
5.3.3 一階可微路徑協(xié)同控制律 152
5.3.4 一階可微路徑下協(xié)同控制仿真實(shí)驗(yàn) 155
5.4 面向協(xié)同觀測的多海洋機(jī)器人編隊(duì)控制方法 160
5.4.1 協(xié)同路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì) 160
5.4.2 基于協(xié)同路徑跟蹤控制的多水下滑翔機(jī)編隊(duì)控制 165
5.4.3 多水下滑翔機(jī)編隊(duì)控制海上試驗(yàn) 171
參考文獻(xiàn) 178
索引 179
彩圖