機(jī)器人環(huán)境監(jiān)測(cè)和化學(xué)羽流追蹤技術(shù)

第1章　緒論 1 1.1  概述 3 1.2  機(jī)器人環(huán)境監(jiān)測(cè)代表應(yīng)用領(lǐng)域——海洋環(huán)境觀測(cè) 4 1.2.1  面向海洋環(huán)境觀測(cè)的海洋機(jī)器人 5 1.2.2　閉環(huán)反饋?zhàn)赃m應(yīng)海洋觀測(cè)技術(shù)框架 8 1.2.3　面向提高數(shù)值海洋模式預(yù)報(bào)技巧的自適應(yīng)觀測(cè) 9 1.2.4　面向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)海洋環(huán)境要素場(chǎng)重構(gòu)的自適應(yīng)觀測(cè) 10 1.2.5　面向海洋動(dòng)態(tài)特征追蹤和測(cè)繪的自適應(yīng)觀測(cè) 12 1.2.6　綜合評(píng)述 14 1.3  機(jī)器人化學(xué)羽流追蹤觀測(cè) 15 1.4  水下機(jī)器人化學(xué)羽流追蹤觀測(cè) 17 1.4.1　代表性應(yīng)用 17 1.4.2　代表研究工作和結(jié)果 23 1.5  機(jī)器人環(huán)境觀測(cè)發(fā)展趨勢(shì) 28 第2章　羽流模型和仿真 31 2.1  概述 33 2.2  羽流模型 35 2.2.1　模型概述 36 2.2.2　羽流粒子模型 38 2.2.3　模型實(shí)現(xiàn) 44 2.3  AUV化學(xué)羽流追蹤仿真環(huán)境 47 2.3.1　體系結(jié)構(gòu) 47 2.3.2　仿真模型 48 2.3.3　仿真環(huán)境演示 52 第3章  飛蛾行為仿生的化學(xué)羽流追蹤策略 55 3.1  概述 57 3.2  計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境 58 3.3  飛蛾行為仿生羽流追蹤策略 60 3.4  Maintain-Plume行為分析 62 3.5  Maintain-Plume行為設(shè)計(jì)與優(yōu)化 65 3.5.1　Reacquire-Plume行為 65 3.5.2　被動(dòng)策略 69 3.5.3　主動(dòng)策略 71 3.5.4　策略性能對(duì)比 73 第4章　飛蛾行為仿生的AUV化學(xué)羽流追蹤 75 4.1  概述 77 4.2  飛蛾行為仿生羽流追蹤算法 78 4.2.1　羽流追蹤任務(wù)描述 78 4.2.2　包容式體系結(jié)構(gòu) 79 4.2.3　行為設(shè)計(jì) 81 4.2.4　討論 86 4.3  羽流源頭定位算法 88 4.3.1　SIZ_T算法 90 4.3.2  SIZ_F算法 92 4.3.3  源頭定位算法計(jì)算機(jī)仿真 94 4.4  近岸海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn) 95 4.5  基于視覺(jué)的羽流源頭確認(rèn) 100 第5章  AUV基于多傳感器和基于多AUV的羽流追蹤 103 5.1  概述 105 5.2  化學(xué)羽流追蹤AUV控制結(jié)構(gòu)、制導(dǎo)與控制 105 5.2.1　控制結(jié)構(gòu) 105 5.2.2　制導(dǎo)函數(shù) 107 5.2.3　混合模糊P ID控制 111 5.2.4　湖上實(shí)驗(yàn) 115 5.3  基于雙化學(xué)傳感器的仿生羽流追蹤算法 117 5.3.1　追蹤策略 117 5.3.2　羽流追蹤算法設(shè)計(jì) 119 5.3.3　計(jì)算機(jī)仿真 126 5.4  多AUV協(xié)作化學(xué)羽流追蹤算法 132 5.4.1　追蹤策略 132 5.4.2　多AUV編隊(duì)控制 135 5.4.3　多AUV化學(xué)羽流追蹤仿真 139 5.4.4  多機(jī)器人化學(xué)羽流追蹤實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 143 第6章  AUV深海熱液羽流追蹤 147 6.1  概述 149 6.2  AUV海底熱液噴口搜索定位探測(cè)策略 150 6.2.1　基于海底地形地貌探測(cè)的策略 150 6.2.2　基于熱液羽流探測(cè)的策略 151 6.2.3　基于羽流追蹤能力的效率提升 153 6.3  熱液羽流簡(jiǎn)介 154 6.3.1　熱液羽流的結(jié)構(gòu) 154 6.3.2　熱液羽流示蹤物 155 6.4  浮力羽流追蹤策略與算法 157 6.4.1　追蹤策略 157 6.4.2　追蹤算法 162 6.5  浮力羽流追蹤計(jì)算機(jī)仿真 167 第7章  AUV化學(xué)羽流測(cè)繪 171 7.1  概述 173 7.2  機(jī)器人無(wú)線(xiàn)通信信道測(cè)繪 175 7.3  自適應(yīng)梳形羽流測(cè)繪策略 179 7.3.1　基于行為的規(guī)劃算法設(shè)計(jì) 180 7.3.2　計(jì)算機(jī)仿真 183 7.3.3　羅丹明羽流測(cè)繪海上實(shí)驗(yàn) 184 7.4  無(wú)源動(dòng)態(tài)羽流追蹤觀測(cè) 188 7.4.1　問(wèn)題描述 188 7.4.2　基于行為的規(guī)劃算法設(shè)計(jì) 189 7.4.3　羽流中心線(xiàn)估計(jì) 193 7.5  海洋流場(chǎng)建模與估計(jì) 195 7.5.1　海洋流場(chǎng)模型 195 7.5.2　海流場(chǎng)估計(jì) 197 7.6  高斯過(guò)程回歸和克里金法 200 7.6.1　高斯過(guò)程回歸 200 7.6.2　克里金法 203 7.7  基于羽流測(cè)繪的源頭位置估計(jì) 209 第8章  化學(xué)羽流追蹤機(jī)器人系統(tǒng) 213 8.1  概述 215 8.2  陸地移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng) 215 8.2.1  DaNI機(jī)器人平臺(tái) 215 8.2.2  化學(xué)羽流追蹤應(yīng)用器件 216 8.3  空中飛行機(jī)器人系統(tǒng) 218 8.4  水下機(jī)器人系統(tǒng)及羽流追蹤實(shí)驗(yàn) 221 參考文獻(xiàn) 226 索引 240