機器人環(huán)境監(jiān)測和化學羽流追蹤技術

第1章　緒論 1 1.1  概述 3 1.2  機器人環(huán)境監(jiān)測代表應用領域——海洋環(huán)境觀測 4 1.2.1  面向海洋環(huán)境觀測的海洋機器人 5 1.2.2　閉環(huán)反饋自適應海洋觀測技術框架 8 1.2.3　面向提高數(shù)值海洋模式預報技巧的自適應觀測 9 1.2.4　面向數(shù)據(jù)驅(qū)動海洋環(huán)境要素場重構(gòu)的自適應觀測 10 1.2.5　面向海洋動態(tài)特征追蹤和測繪的自適應觀測 12 1.2.6　綜合評述 14 1.3  機器人化學羽流追蹤觀測 15 1.4  水下機器人化學羽流追蹤觀測 17 1.4.1　代表性應用 17 1.4.2　代表研究工作和結(jié)果 23 1.5  機器人環(huán)境觀測發(fā)展趨勢 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　模型實現(xiàn) 44 2.3  AUV化學羽流追蹤仿真環(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羽流追蹤策略 55 3.1  概述 57 3.2  計算機仿真環(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行為設計與優(yōu)化 65 3.5.1　Reacquire-Plume行為 65 3.5.2　被動策略 69 3.5.3　主動策略 71 3.5.4　策略性能對比 73 第4章　飛蛾行為仿生的AUV化學羽流追蹤 75 4.1  概述 77 4.2  飛蛾行為仿生羽流追蹤算法 78 4.2.1　羽流追蹤任務描述 78 4.2.2　包容式體系結(jié)構(gòu) 79 4.2.3　行為設計 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  源頭定位算法計算機仿真 94 4.4  近岸海洋環(huán)境實驗 95 4.5  基于視覺的羽流源頭確認 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  化學羽流追蹤AUV控制結(jié)構(gòu)、制導與控制 105 5.2.1　控制結(jié)構(gòu) 105 5.2.2　制導函數(shù) 107 5.2.3　混合模糊P ID控制 111 5.2.4　湖上實驗 115 5.3  基于雙化學傳感器的仿生羽流追蹤算法 117 5.3.1　追蹤策略 117 5.3.2　羽流追蹤算法設計 119 5.3.3　計算機仿真 126 5.4  多AUV協(xié)作化學羽流追蹤算法 132 5.4.1　追蹤策略 132 5.4.2　多AUV編隊控制 135 5.4.3　多AUV化學羽流追蹤仿真 139 5.4.4  多機器人化學羽流追蹤實驗平臺 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策略 150 6.2.1　基于海底地形地貌探測的策略 150 6.2.2　基于熱液羽流探測的策略 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  浮力羽流追蹤計算機仿真 167 第7章  AUV化學羽流測繪 171 7.1  概述 173 7.2  機器人無線通信信道測繪 175 7.3  自適應梳形羽流測繪策略 179 7.3.1　基于行為的規(guī)劃算法設計 180 7.3.2　計算機仿真 183 7.3.3　羅丹明羽流測繪海上實驗 184 7.4  無源動態(tài)羽流追蹤觀測 188 7.4.1　問題描述 188 7.4.2　基于行為的規(guī)劃算法設計 189 7.4.3　羽流中心線估計 193 7.5  海洋流場建模與估計 195 7.5.1　海洋流場模型 195 7.5.2　海流場估計 197 7.6  高斯過程回歸和克里金法 200 7.6.1　高斯過程回歸 200 7.6.2　克里金法 203 7.7  基于羽流測繪的源頭位置估計 209 第8章  化學羽流追蹤機器人系統(tǒng) 213 8.1  概述 215 8.2  陸地移動機器人系統(tǒng) 215 8.2.1  DaNI機器人平臺 215 8.2.2  化學羽流追蹤應用器件 216 8.3  空中飛行機器人系統(tǒng) 218 8.4  水下機器人系統(tǒng)及羽流追蹤實驗 221 參考文獻 226 索引 240