摘要
随着科技进步，沿海发达国家积极开发海洋资源，我国亦将海洋开发纳入国家规划。海洋测绘技术在资源探索与管理中扮演关键角色，不仅揭示了地球形态和海底结构，也为航海和渔业等领域的发展做出重要贡献。本文对水下测绘无人船进行研究，主要研究内容概述如下: (1)针对双体差速船作为水下测绘无人船的研究对象，完成相应的无人船建模，并将其简化为三自由度模型，以两个螺旋桨的力矩作为输出;研究环境地图的构建方法以及路径规划策略，为无人船路径规划和路径跟踪研究奠定了基础。 (2)针对无人船在工作水域的全遍历问题，提出了混合灰狼算法。分析水下测绘无人船的约束条件，建立栅格地图，并通过BCD分解法，对建立的仿真环境依据障碍物信息进行地图分解;研究灰狼算法的原理和数学模型，对种群初始位置的位置不均进行改进，引入Tent-Logistic-Cosine序列替代原有初始化方式;针对算法的收敛效率，引入非线性收敛因子进行调节;针对最优解的更新优化，研究浣熊优化算法的初期捕食与攻击策略并进行结合，增强了算法的寻优准确性;针对陷入局部最优问题，实施局部扰动策略，增强了搜索过程中的随机性和多样性。通过全遍历仿真实验验证改进混合算法的有效性。 (3)针对水下测绘无人船路径跟踪中存在的动态不确定性和未知时变干扰等问题，设计自适应神经网络固定时间路径跟踪控制方案。在该控制方案中结合和应用固定时间控制方法，保证系统能在固定时间内迅速收敛到一个较小的范围，并对系统稳定性进行证明;在直线路径和圆路径上对该算法进行仿真验证，证明算法的有效性。 (4)设计双体水下测绘无人船系统，并进行器件的选型与系统的搭建;完成硬件系统软件和上位机控制软件的设计;在长清湖进行了实船实验。分别对直线和曲线进行路径跟踪实验，选取工作区域，通过在低速情况下的实船实验进行验证，验证论文算法部分的可行性，并初步完成水下测绘任务。
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