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自主水下机器人实时避碰方法

自主水下机器人实时避碰方法
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作者: 著 , 著
出版社: 科学出版社
2020-11
版次: 1
ISBN: 9787508858784
定价: 108.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 147页
分类: 工程技术
3人买过
  • 《自主水下机器人实时避碰方法》聚焦于如何设计一个完整的AUV实时避碰系统，分别介绍实时避碰系统中涉及的各个部分，主要包括：如何根据不同类别避碰声呐输出信息进行避碰场景的表达和判断(第2、3章)；如何根据避碰场景和系统状态实时决策避碰行为(第4、5章)；如何实时更新地图并进行实时路径规划(第6章)；*后，针对避碰性能评价提出一种实时避碰能力的定量评价方法(第7章)。 目录 
    丛书前言一 
    丛书前言二 
    前言 
    1 绪论 1 
    1.1 引言 1 
    1.2 AUV避碰传感器 3 
    1.2.1 测距声呐 3 
    1.2.2 机械扫描声呐 4 
    1.2.3 多波束图像声呐 4 
    1.2.4 其他避碰传感器 5 
    1.2.5 小结 5 
    1.3 避碰声呐数据融合方法 6 
    1.3.1 测距声呐数据融合方法 6 
    1.3.2 图像声呐数据融合方法 7 
    1.3.3 小结 8 
    1.4 实时避碰方法 8 
    1.4.1 人工势场法 9 
    1.4.2 人工智能方法 9 
    1.4.3 强化学习方法 11 
    1.4.4 优化搜索方法 11 
    1.4.5 其他方法 12 
    1.4.6 小结 13 
    参考文献 14 
    2 基于测距声呐的碰撞危险度估计 19 
    2.1 引言 19 
    2.2 测距声呐数据不确定性分析 19 
    2.2.1 测距声呐数据的不确定性 19 
    2.2.2 测距声呐数据不确定性对AUV航行的影响 20 
    2.3 D-S证据理论概述 21 
    2.4 基于D-S证据理论的测距声呐数据融合方法 22 
    2.4.1 测距声呐动态模型 23 
    2.4.2 基于占有栅格的环境建模 26 
    2.4.3 一致性决策规则 27 
    2.4.4 改进的证据融合公式 28 
    2.5 仿真和湖试数据验证 32 
    2.5.1 仿真验证 32 
    2.5.2 湖试数据验证 36 
    2.6 基于传感器信息的海底地形估计 38 
    2.6.1 扩展卡尔曼滤波 38 
    2.6.2 *小二乘法 39 
    2.6.3 仿真验证 41 
    参考文献 43 
    3 基于声呐图像的水下障碍特征提取 45 
    3.1 引言 45 
    3.2 图像声呐成像原理及特点 45 
    3.3 声呐图像处理方法 49 
    3.3.1 声呐图像滤波方法 50 
    3.3.2 声呐图像分割 55 
    3.3.3 声呐图像形态学处理方法 67 
    3.3.4 障碍物特征提取 68 
    参考文献 77 
    4 自主水下机器人实时避碰决策方法 78 
    4.1 引言 78 
    4.2 自主水下机器人模糊避碰决策 79 
    4.2.1 自主水下机器人模糊避碰规划 80 
    4.2.2 输入输出变量的模糊化 81 
    4.2.3 建立模糊控制规则 82 
    4.2.4 输出变量的去模糊化 84 
    4.3 基于有限自动机的三维避碰过程建模 84 
    4.3.1 奔向目标行为 87 
    4.3.2 紧急转向行为 88 
    4.3.3 紧急上浮行为 89 
    4.3.4 保持距离行为 89 
    4.3.5 保持高度行为 91 
    4.4 基于事件反馈的避碰监控器 91 
    4.4.1 监控器自动机的设计 93 
    4.4.2 受控自动机的设计 94 
    参考文献 96 
    5 自主水下机器人实时避碰学习方法 97 
    5.1 引言 97 
    5.2 神经网络原理 97 
    5.2.1 人工神经元简述 98 
    5.2.2 人工神经网络模型 100 
    5.2.3 人工神经网络学习 101 
    5.3 基于BP算法的避碰神经网络设计 101 
    5.3.1 BP算法原理 101 
    5.3.2 避碰神经网络设计 103 
    5.3.3 避碰神经网络训练 104 
    5.4 仿真验证 106 
    5.4.1 垂直面避碰场景 106 
    5.4.2 水平面避碰场景 108 
    5.4.3 两个障碍避碰场景 109 
    5.4.4 多障碍避碰场景 110 
    参考文献 111 
    6 自主水下机器人实时路径规划方法 112 
    6.1 引言 112 
    6.2 基于免疫遗传算法的实时路径规划 113 
    6.2.1 实时路径规划问题的遗传表示 113 
    6.2.2 改进的小生境遗传实时路径规划算法 114 
    6.2.3 免疫遗传算法 119 
    6.2.4 仿真验证 124 
    6.3 基于改进蚁群算法的实时路径规划 125 
    6.3.1 蚁群算法基本原理 125 
    6.3.2 改进算法 127 
    6.3.3 仿真分析 128 
    参考文献 131 
    7 实时避碰系统的评价与验证 132 
    7.1 引言 132 
    7.2 实时避碰系统的结构模型 132 
    7.2.1 感知子系统 133 
    7.2.2 决策规划子系统 134 
    7.2.3 推进子系统 136 
    7.3 AUV实时避碰能力综合评价体系 137 
    7.3.1 建立AUV实时避碰能力综合评价体系的原则 137 
    7.3.2 建立AUV实时避碰能力综合评价体系的步骤 138 
    7.3.3 AUV实时避碰能力综合评价方法 139 
    7.4 实时避碰系统验证 142 
    7.4.1 障碍的含义 143 
    7.4.2 典型障碍场景设计 143 
    参考文献 145 
    索引 146 
    彩图
  • 内容简介:
    《自主水下机器人实时避碰方法》聚焦于如何设计一个完整的AUV实时避碰系统，分别介绍实时避碰系统中涉及的各个部分，主要包括：如何根据不同类别避碰声呐输出信息进行避碰场景的表达和判断(第2、3章)；如何根据避碰场景和系统状态实时决策避碰行为(第4、5章)；如何实时更新地图并进行实时路径规划(第6章)；*后，针对避碰性能评价提出一种实时避碰能力的定量评价方法(第7章)。
  • 目录:
    目录 
    丛书前言一 
    丛书前言二 
    前言 
    1 绪论 1 
    1.1 引言 1 
    1.2 AUV避碰传感器 3 
    1.2.1 测距声呐 3 
    1.2.2 机械扫描声呐 4 
    1.2.3 多波束图像声呐 4 
    1.2.4 其他避碰传感器 5 
    1.2.5 小结 5 
    1.3 避碰声呐数据融合方法 6 
    1.3.1 测距声呐数据融合方法 6 
    1.3.2 图像声呐数据融合方法 7 
    1.3.3 小结 8 
    1.4 实时避碰方法 8 
    1.4.1 人工势场法 9 
    1.4.2 人工智能方法 9 
    1.4.3 强化学习方法 11 
    1.4.4 优化搜索方法 11 
    1.4.5 其他方法 12 
    1.4.6 小结 13 
    参考文献 14 
    2 基于测距声呐的碰撞危险度估计 19 
    2.1 引言 19 
    2.2 测距声呐数据不确定性分析 19 
    2.2.1 测距声呐数据的不确定性 19 
    2.2.2 测距声呐数据不确定性对AUV航行的影响 20 
    2.3 D-S证据理论概述 21 
    2.4 基于D-S证据理论的测距声呐数据融合方法 22 
    2.4.1 测距声呐动态模型 23 
    2.4.2 基于占有栅格的环境建模 26 
    2.4.3 一致性决策规则 27 
    2.4.4 改进的证据融合公式 28 
    2.5 仿真和湖试数据验证 32 
    2.5.1 仿真验证 32 
    2.5.2 湖试数据验证 36 
    2.6 基于传感器信息的海底地形估计 38 
    2.6.1 扩展卡尔曼滤波 38 
    2.6.2 *小二乘法 39 
    2.6.3 仿真验证 41 
    参考文献 43 
    3 基于声呐图像的水下障碍特征提取 45 
    3.1 引言 45 
    3.2 图像声呐成像原理及特点 45 
    3.3 声呐图像处理方法 49 
    3.3.1 声呐图像滤波方法 50 
    3.3.2 声呐图像分割 55 
    3.3.3 声呐图像形态学处理方法 67 
    3.3.4 障碍物特征提取 68 
    参考文献 77 
    4 自主水下机器人实时避碰决策方法 78 
    4.1 引言 78 
    4.2 自主水下机器人模糊避碰决策 79 
    4.2.1 自主水下机器人模糊避碰规划 80 
    4.2.2 输入输出变量的模糊化 81 
    4.2.3 建立模糊控制规则 82 
    4.2.4 输出变量的去模糊化 84 
    4.3 基于有限自动机的三维避碰过程建模 84 
    4.3.1 奔向目标行为 87 
    4.3.2 紧急转向行为 88 
    4.3.3 紧急上浮行为 89 
    4.3.4 保持距离行为 89 
    4.3.5 保持高度行为 91 
    4.4 基于事件反馈的避碰监控器 91 
    4.4.1 监控器自动机的设计 93 
    4.4.2 受控自动机的设计 94 
    参考文献 96 
    5 自主水下机器人实时避碰学习方法 97 
    5.1 引言 97 
    5.2 神经网络原理 97 
    5.2.1 人工神经元简述 98 
    5.2.2 人工神经网络模型 100 
    5.2.3 人工神经网络学习 101 
    5.3 基于BP算法的避碰神经网络设计 101 
    5.3.1 BP算法原理 101 
    5.3.2 避碰神经网络设计 103 
    5.3.3 避碰神经网络训练 104 
    5.4 仿真验证 106 
    5.4.1 垂直面避碰场景 106 
    5.4.2 水平面避碰场景 108 
    5.4.3 两个障碍避碰场景 109 
    5.4.4 多障碍避碰场景 110 
    参考文献 111 
    6 自主水下机器人实时路径规划方法 112 
    6.1 引言 112 
    6.2 基于免疫遗传算法的实时路径规划 113 
    6.2.1 实时路径规划问题的遗传表示 113 
    6.2.2 改进的小生境遗传实时路径规划算法 114 
    6.2.3 免疫遗传算法 119 
    6.2.4 仿真验证 124 
    6.3 基于改进蚁群算法的实时路径规划 125 
    6.3.1 蚁群算法基本原理 125 
    6.3.2 改进算法 127 
    6.3.3 仿真分析 128 
    参考文献 131 
    7 实时避碰系统的评价与验证 132 
    7.1 引言 132 
    7.2 实时避碰系统的结构模型 132 
    7.2.1 感知子系统 133 
    7.2.2 决策规划子系统 134 
    7.2.3 推进子系统 136 
    7.3 AUV实时避碰能力综合评价体系 137 
    7.3.1 建立AUV实时避碰能力综合评价体系的原则 137 
    7.3.2 建立AUV实时避碰能力综合评价体系的步骤 138 
    7.3.3 AUV实时避碰能力综合评价方法 139 
    7.4 实时避碰系统验证 142 
    7.4.1 障碍的含义 143 
    7.4.2 典型障碍场景设计 143 
    参考文献 145 
    索引 146 
    彩图
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