基于视觉定位的水下机器人无通信高精度编队技术研究

水下机器人集群技术是目前水下机器人技术领域的发展热点之一.针对以往基于通信的水下机器人编队存在的编队精度低、队形保持困难等问题,提出了基于水下矢量光图案及视觉定位的水下集群编队方法,并通过水池试验分别验证了视觉定位以及水下密集编队的功能和相关指标.试验结果表明:水下视觉定位能够达到不大于3％的定位精度和不小于2 Hz的...     

面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究

针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。     

UUV定深控制模型参数优化设计方法

合适的控制模型参数能够保证被控对象在较快的响应时间和较小的超调量下达到控制目标,无人水下航行器定深控制模型参数的优化设计对提升水下航行器使用性能具有重要意义。首先,建立了水下航行器空间运动学方程,基于 Modelica 建模语言构建了航行器虚拟样机及其定深控制模型。然后,以响应时间和超调量最小为优化目标,采用非支配排序差分进化算法建立了水下航行器定深控制模型参数多目标优化流程,基于 OPTIMUS 平台构建了水下航行器定深控制模型参数优化设计工作流。以某水下航行器为对象的实验结果表明：所提方法可快速获得较优的 PID 控制模型参数,优化后的水下航行器定深运动控制特性显著改善。     

圆筒水下爆炸冲击响应

旨在研究声固耦合法模拟水下爆炸对圆筒的冲击,运用大型有限元软件 ABAQUS 声固耦合算法分别对密封圆筒与透水圆筒水下爆炸模型进行计算分析,并与理论公式结果进行对比分析。结果表明：利用 ABAQUS 声固耦合算法可以比较准确地模拟圆筒水下爆炸分析,能够满足工程要求;另外,在相同的水下爆炸作用下,透水圆筒比密封圆筒具有更好的抗爆炸和抗冲击性能。     

基于TIN模型的水下地形匹配定位算法

针对当前尚无直接利用海图水深构建不规则三角网(triangulated irregular network,TIN)进行水下地形匹配定位的现状,提出了一种基于TIN模型的水下地形匹配定位算法。首先,在经典TERCOM(terrain contour matching)算法的基础上,设计基于TIN模型的匹配搜索区的确定方法;然后,给出待匹配航迹点的水深值计算公式;最后,构建目标匹配定位的地形相关组合算子,实现匹配定位。实验结果表明:(1)本文所提算法可以用海图的原始水深直接构TIN模型作为匹配基准图进行匹配定位,且其定位精度可明显高于基于规则格网模型的经典TERCOM算法;(2)新方法可以有效的降低误匹配的发生;(3)提出的MMD+MSD组合匹配算子能够一定程度上克服水深系统误差对定位精度的影响。     

水下图像增强方法研究现状

光线在水下传播过程中,它的失真程度会随波长不同而发生改变。导致水下图像视觉质量下降的3个主要原因是吸收、散射和颜色失真。有关水下图像处理的研究在近十几年来得到了广泛的关注,取得了重要进展。文中着重讨论水下图像增强处理技术,探讨其中的典型算法和研究成果,对部分算法的测试结果进行定性和定量分析比较,最后总结水下图像增强技术研究现状,并展望了未来可能的发展方向。     

基于WBCT变换的水下图像高效压缩方法

针对压缩效率和重建质量无法兼顾的问题,提出一种基于WBCT变换(Wavelet-based contourlet transform)的水下图像高效压缩算法。首先根据水下图像和人类视觉系统的特点,在WBCT变换域提出了一种改进的人眼最小可觉察失真(JND)模型,以自适应去除水下图像中的视觉冗余。然后,对重要的低频系数采用定长量化和无损压缩;而对高频系数,采用基于WBCT树结构的变精度定长量化和位置差降编码策略进行编码。实验结果表明,提出的算法不仅具有较高的压缩效率,而且能获得视觉上较为满意的解码效果,适用于水下图像在甚低比特率下的压缩传输。     

水下光学无线通信的海水信道特性研究

提出了将具有比声学高达几倍的数据通信速率,良好的安全性和隐蔽性的光学无线通信技术应用于海军、海洋科学研究和水下工程等领域,实现高速率的水下无线通信技术实现海量数据的信息交换.基于生物光学特性的水下光学信道模型,建立了水下光学通信系统性能分析方法.并对基于发光二极管(LED)的水下光学无线通信系统进行了仿真,其结果表明所建立的方法可以进行各种海域水质环境的模拟,便于时水下光学无线通信系统性能进行预测评估,为水下光学无线通信系统的设计方案的评估提供了依据.     

近海海上风电场水下噪声传播模型适用性研究

通过现场采集近海海上风电场工程区运营期风机水下噪声和背景噪声数据,计算了噪声信号的倍频带声压级,功率谱级和峰值声压级,确定了海上风电场水下噪声总声源级为148.3 d B,以此开展近海海上风电工程风机水下噪声频域特性、功率密度谱特性等研究。在此基础上使用Kraken简正波模型和Bellhop射线模型对风电场运营期风机水下噪声在水平与垂直方向上的传播进行模拟,模拟了噪声在不同频带内的衰减程度,结果显示模型模拟结果在不同频率下的衰减趋势有着很大差异,产生了明显的多途干涉现象,通过实测数据对建立的噪声传播模型进行验证,发现Kraken简正波模型在500 Hz以下,Bellhop射线模型在500 Hz以上适合模拟实际水下噪声传播情形,同时海区本身背景噪声的存在会对预测的准确性产生影响。这些结论可用于进一步对近海海上风电场水下噪声传播的研究。     

太湖水下平均余弦计算模型研究

基于太湖实测散射系数数据估算水下平均散射次数,结合Hydrolight软件模拟水下平均余弦,对二者的相关关系进行分析;根据单个样点、各个水层求算的水下平均余弦经验模型,确定水下平均余弦估算的最佳模式为二次方程,利用二次方程的二次项、一次项和常数项系数与平均散射次数的高度相关性,建立了利用平均散射次数估算二次方程系数的模型,从而建立了利用平均散射次数计算水下平均余弦的经验模型.模型检验表明:0.6m深度平均误差不高于1.712%,0.9m深度平均误差不高于1.982%,1.2m深度平均误差不高于2.05%,1.5m深度平均误差不高于4.22%,4个深度总的平均误差不高于2.491%.