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期刊信息/Journal information
中国舰船研究
中国舰船研究

许建

双月刊

1673-3185

cjsr@ship-research.com

027-88730832

430064

湖北省武汉市张之洞路268号

中国舰船研究/Journal Chinese Journal of Ship ResearchCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>办刊宗旨：高举创新的旗帜，加强技术交流，开展学术争鸣，提倡观念创新，推动理论创新与技术进步，促进舰船事业发展和海军装备建设现代化。读者对象：舰船行业的专家学者、大专院校的师生、科研院所的科技人员及相关领域的专业人员。
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    具有避碰和连通性保持的多USV分布式事件触发编队控制

    李建华胡清伟刘中常
    200-210页
    查看更多>>摘要：[目的]为解决水面无人艇(USV)编队控制中的实际需求,提出一种具有避碰和连通性保持功能的分布式事件触发编队控制方法.[方法]针对海洋环境扰动和系统模型的不确定性等因素设计扰动观测器;针对编队实现过程中USV间可能发生碰撞和丢失通信连接的问题,基于人工势场函数法设计具有避碰和连通性保持功能的编队控制器;为减少USV控制器的执行频率,设计分布式的事件触发机制,使每个USV根据局部信息来独立决定其控制器的执行时刻.[结果]理论分析证明了编队误差的一致最终有界性,且事件触发机制不存在Zeno行为.仿真结果验证了所设计的控制方法能够显著减少USV控制器更新次数并可实施避碰操作及保持连通性.[结论]研究成果可保证USV编队控制的顺利安全完成,同时减轻USV在复杂海洋环境下的控制机构损耗.

    多无人艇系统编队控制事件触发控制避碰连通性保持

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    基于电子海图的无人艇集群区域覆盖路径规划

    马鸣古楠董佳伟尹勇...
    211-219页
    查看更多>>摘要：[目的]针对无人艇(ASV)集群区域覆盖问题,设计一种基于电子海图信息系统(ECDIS)的多无人艇区域覆盖路径规划方法.[方法]首先,通过提取ECDIS中的海陆和水深信息,建立基于栅格化方法的无人艇集群覆盖区域环境模型.其次,提出一种基于轮盘选择法的区域划分方法,解决基于初始位置的区域划分方法区域划分不规则的问题,实现在栅格地图中对无人艇集群覆盖子区域的合理划分.最后,构建一种基于模板法的区域覆盖路径规划方法,解决生成树覆盖方法路径转弯数量较多的问题.[结果]搭建基于ECDIS的无人艇集群人机交互仿真平台,验证所提基于轮盘法和模板法的区域覆盖路径规划方法对优化规划路径转弯数量的有效性.[结论]采用所提基ECDIS的无人艇集群区域覆盖路径规划方法,实现多无人艇对海上目标任务区域的覆盖路径规划.

    无人艇集群区域覆盖路径规划生成树覆盖规划电子海图

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    基于混合A*搜索和贝塞尔曲线的船舶进港和靠泊路径规划算法

    胡智焕杨子恒张卫东
    220-229页
    查看更多>>摘要：[目的]针对欠驱动无人艇自动进港和靠泊问题,提出一种基于混合A*搜索和贝塞尔曲线的路径规划算法.[方法]该方法通过混合A*搜索在非结构化环境下快速搜索出一条满足无人艇非完整性约束且无碰撞风险的轨迹.在此基础上,基于广义沃罗诺伊图提出曲线优化算法,使得搜索算法得到的轨迹更加平滑且远离环境障碍物,从而引导无人艇在受限水域完成进港任务.同时,针对"最后一公里"靠泊问题,引入四阶贝塞尔曲线,用于生成靠泊路径从而引导船体平稳且精准入泊.[结果]仿真和外场试验结果表明,无人艇能够实现自主避障且精准驶入泊位,靠泊精度指标均小于 1.0.[结论]所提路径规划算法能确保欠驱动无人艇实现进港和靠泊任务,可为智能船舶的进一步发展提供思路.

    欠驱动船舶路径规划自动靠泊混合A*搜索算法贝塞尔曲线

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    基于动态窗口法的近海水域船舶避障算法研究

    李光泽俞万能廖卫强吴川博...
    230-237页
    查看更多>>摘要：[目的]提出一种改进的动态窗口法,以解决近海水域智能船舶在面对夹击及动静混合会遇时无法有效避让的船舶避障问题.[方法]为得到在近海水域航行的船舶约束条件,针对近海水域对船舶避障的影响因素进行分析,同时提出近海水域船舶航行最低避障要求;然后对动态窗口法(DWA)的目标函数进行优化改进,并将其与船舶和障碍物的距离相关联,以提升船舶在航行图中的安全性,同时将目标函数中的航向权值引入船舶会遇态势判断,以使目标船舶可以有效判断船舶的避障责任;最后,通过仿真模拟验证改进算法的有效性.[结果]仿真结果表明,所提的改进算法在分别遭遇夹击以及复杂会遇的情况下,能够清晰地判断船舶的避障责任,降低航行过程中的速度变化陡峭度,且所规划的船舶航行路径可有效提升船舶航行的安全性.[结论]所提避障算法可为解决近海水域智能船舶遭遇复杂会遇情景的避碰失败问题提供参考.

    智能船舶避障动态窗口法自适应权值近海水域

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    自主船舶与有人驾驶船舶动态博弈避碰决策

    崔浩张新宇王警王程博...
    238-247页
    查看更多>>摘要：[目的]为实现船舶的高效避碰与安全航行,针对自主船舶与有人驾驶船舶混合航行环境下的交互避碰问题展开研究,提出一种多智能体交互的船舶动态博弈避碰决策方法.[方法]依据驾驶实践,理解并分析混行环境下的船舶避碰问题,基于《国际海上避碰规则》量化船舶会遇态势及碰撞危险,引入动态博弈理论,将存在碰撞危险的船舶个体建模为博弈中具有独立思想的参与者,并以船舶的航向改变量为博弈策略,在船舶安全性收益、社会性收益及经济性收益约束下求解船舶的最优行动序列,以及将船舶驾驶员风格的差异化引入仿真实验中以验证避碰决策的有效性.[结果]结果显示,所提方法能够在自主船舶与有人驾驶船舶混行场景下实现多船的安全会遇;各船在面对不同驾驶风格的目标船舶时均能类人地调整自身的行为策略,从而实现安全避让.[结论]所做研究可为自主船舶及有人驾驶船舶的避碰决策提供参考.

    混行场景船舶避碰驾驶风格博弈论

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    基于模型预测的海缆铺设用水下航行器最优避障控制

    苏哲昊王伟然戴晓强朱志宇...
    248-255页
    查看更多>>摘要：[目的]自主水下航行器(AUV)在海底复杂地形环境下执行独立铺缆作业时,需要兼顾铺缆质量和自身安全,即在避障的同时还需要保持船体与海底平面的相对高度.为此,设计一种基于模型预测的海缆铺设AUV最优避障控制方法.[方法]首先,基于模型预测控制(MPC)建立AUV的路径跟踪模型,将海底不规则障碍物分类为凸起和凹陷地形,并分别建立障碍物的工程简化数学模型;然后,根据不同地形和海缆铺设要求来设计多个目标优化函数;最后,根据地形特征点迭代计算与海底平面保持稳定高度且路径最短的最优避障路径.[结果]仿真结果表明,该方法响应性能好、可靠性高,能够使AUV选择最短路径并避开意外障碍物.[结论]在复杂的海底环境下,该方法既保障了AUV作业过程中的自身安全,又极大提高了海缆的铺设质量.

    自主水下航行器模型预测控制海缆铺设最优避障控制

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    基于混合采样深度Q网络的水面无人艇逃脱策略

    杨远鹏宋利飞茅嘉琪李一...
    256-263页
    查看更多>>摘要：[目的]针对敌方船舶采用合围战术,研究我方无人艇(USV)被敌方船舶包围情况下的逃跑策略规划问题.[方法]提出一种混合采样深度Q网络(HS-DQN)强化学习算法,逐步增加重要样本的回放频率,并保留一定的探索性,防止算法陷入局部最优.设计状态空间、动作空间和奖励函数,通过训练获得最优的USV逃跑策略,并从奖励值和逃脱成功率方面与DQN算法进行对比.[结果]仿真结果表明,使用HS-DQN算法进行训练,逃脱成功率提高 2%,算法的收敛速度提高了 20%.[结论]HS-DQN算法可以减少USV无效探索的次数,并加快算法的收敛速度,仿真实验验证了USV逃跑策略的有效性.

    无人艇阿波罗尼奥斯圆围捕-逃跑深度强化学习混合采样

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    基于动态规划制导的无人艇自主回收控制方法

    郭文轩李子豪唐国元王泉斌...
    264-271页
    查看更多>>摘要：[目的]针对欠驱动无人艇(USV)自主回收的需求,提出一种基于动态规划制导的跟踪控制方法.[方法]在运动学层面,将平行接近制导(CB)与动态窗口算法(DWA)相结合,引导USV实现目标跟踪与动态避障;在动力学层面,针对模型参数及回收环境的不确定性,采用径向基函数神经网络(RBFNN)设计动力学滑模控制器,实现对制导输出的跟踪控制.随后,采用 Lyapunov理论对系统的稳定性进行分析.[结果]仿真结果表明,所提方法使USV具备了稳定跟踪性能,可有效规避回收过程中的动态障碍,并能自适应估计模型中的不确定因素和未知的环境干扰.[结论]所提方法展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为USV在动态环境下的回收进行制导与目标跟踪提供参考.

    欠驱动无人艇平行接近制导动态窗口法神经网络滑模控制

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    一种新型多旋翼无人机着舰装置及安全边界评估方法

    孔杰杰王检耀王鸿东
    272-279页
    查看更多>>摘要：[目的]为解决旋翼无人机在海上无人平台应用时的自主安全着舰问题,开展旋翼无人机着舰装置及其安全评估方法研究.[方法]以多旋翼无人机为对象,基于"鱼叉-格栅"式助降装置原理,设计一种新型的"V形足-网"式着舰装置.建立无人机和甲板的多刚体动力学模型,通过ADAMS在不同横摇幅值和周期条件下开展着舰过程仿真,得到无人机着舰的姿态变化过程、着舰临界周期和稳定时间.[结果]仿真结果显示,相比普通着舰装置,"V形足-网"装置具备更高的对接冗余度,可适应更小的横摇周期和更大的横摇幅值,并可更快达到姿态稳定.[结论]研究表明,所设计的装置相比普通装置安全性更优异,通过仿真得到的装置安全边界,可为无人机着舰控制提供参考依据,进而提高无人机在海上平台的自主着舰可靠性.

    无人机着舰装置动力学仿真安全边界评估

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    船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

    李诗杰徐诚祺刘佳仑徐子茜...
    280-289页
    查看更多>>摘要：[目的]旨在研究船舶在真实海况下航行面临复杂环境干扰的影响,控制船舶克服干扰,实现航迹跟随、智能航行.[方法]首先,将无模型自适应控制(MFAC)算法引入自抗扰控制器(ADRC)中,设计改进自抗扰无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法,通过ADRC跟踪系统的实时状态、识别系统所受未知扰动,根据MFAC建立输入数据(舵角)与输出数据(航向角、角速度)之间的非线性关系,实现稳定的航向控制.然后,结合自适应视线(LOS)制导策略,通过动态航向控制实现对航迹的精准控制.[结果]仿真结果表明,所设计的控制器能够控制船舶快速航行至预设轨迹并沿轨迹行进,在复杂环境扰动下仍能够实现理想的航迹控制.[结论]研究成果不依赖船舶具体模型,可为船舶航迹控制提供参考.

    航迹控制自抗扰控制算法无模型自适应控制算法数据驱动控制

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