海洋機器人自主觀測理論與技術

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 1
1.2 海洋自主觀測國內外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.3 海洋自主觀測發(fā)展趨勢 10
1.3.1 高性能高可靠的移動觀測平臺 11
1.3.2 多元化及立體化觀測網絡 11
1.3.3 模塊化結構 12
1.4 海洋自主觀測體系架構 12
1.4.1 海洋觀測任務規(guī)劃 13
1.4.2 海洋機器人路徑規(guī)劃 15
1.4.3 海洋機器人運動與控制 16
1.4.4 多海洋機器人近實時特征跟蹤 18
參考文獻 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 21
2.2.1 空間隨機變量估計 21
2.2.2 變異函數(shù)估計 23
2.2.3 仿真實驗 27
2.3 區(qū)域覆蓋采樣點選擇 29
2.3.1 采樣性能準則 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 自適應覆蓋觀測方法 33
2.4.1 覆蓋采樣 34
2.4.2 參數(shù)估計 37
2.4.3 分布式自適應采樣 42
2.4.4 仿真實驗 47
參考文獻 56
3 海洋機器人動態(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 基于多水下滑翔機的溫度特征場跟蹤 76
3.3.3 仿真實驗 80
3.4 中尺度渦自主跟蹤觀測 84
3.4.1 中尺度渦動態(tài)特征提取 84
3.4.2 基于水下滑翔機的中尺度渦跟蹤 90
3.4.3 仿真實驗 98
參考文獻 99
4 海流環(huán)境中海洋機器人路徑規(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)境流場構建 103
4.3 全局流場下海洋機器人路徑規(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 仿真結果與分析 113
4.4 基于共享流場的海洋機器人動態(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 131
5 面向海洋觀測的海洋機器人協(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 渦旋中心坐標系海洋機器人運動微分方程 135
5.2.2 圓形路徑隊形能量函數(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)同控制仿真實驗 141
5.3 一階可微觀測協(xié)同控制策略 148
5.3.1 Frenet坐標系下海洋機器人運動微分方程 148
5.3.2 一階可微路徑編隊能量函數(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)同控制仿真實驗 155
5.4 面向協(xié)同觀測的多海洋機器人編隊控制方法 160
5.4.1 協(xié)同路徑跟蹤控制器設計 160
5.4.2 基于協(xié)同路徑跟蹤控制的多水下滑翔機編隊控制 165
5.4.3 多水下滑翔機編隊控制海上試驗 171
參考文獻 178
索引 179
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