海洋机器人自主观测理论与技术

目录
丛书前言一
丛书前言二
前言
1 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 海洋自主观测的意义 1
1.1.2 海洋观测平台 1
1.2 海洋自主观测国内外发展现状 3
1.2.1 国外发展现状 3
1.2.2 国内发展现状 8
1.3 海洋自主观测发展趋势 10
1.3.1 高性能高可靠的移动观测平台 11
1.3.2 多元化及立体化观测网络 11
1.3.3 模块化结构 12
1.4 海洋自主观测体系架构 12
1.4.1 海洋观测任务规划 13
1.4.2 海洋机器人路径规划 15
1.4.3 海洋机器人运动与控制 16
1.4.4 多海洋机器人近实时特征跟踪 18
参考文献 18
2 自主覆盖观测优化 20
2.1 概述 20
2.2 海洋特征场估计 21
2.2.1 空间随机变量估计 21
2.2.2 变异函数估计 23
2.2.3 仿真实验 27
2.3 区域覆盖采样点选择 29
2.3.1 采样性能准则 29
2.3.2 贪婪算法采样策略 30
2.3.3 贪婪算法得到的次优解边界下限 31
2.4 自适应覆盖观测方法 33
2.4.1 覆盖采样 34
2.4.2 参数估计 37
2.4.3 分布式自适应采样 42
2.4.4 仿真实验 47
参考文献 56
3 海洋机器人动态海洋特征跟踪方法 58
3.1 概述 58
3.2 典型海洋特征跟踪模型 59
3.2.1 海洋锋面跟踪模型 59
3.2.2 等值线、极值跟踪模型 62
3.2.3 温跃层跟踪模型 63
3.2.4 上升流跟踪模型 65
3.2.5 中尺度涡跟踪 68
3.3 特征场等值线自主跟踪观测 70
3.3.1 特征场等值线提取 71
3.3.2 基于多水下滑翔机的温度特征场跟踪 76
3.3.3 仿真实验 80
3.4 中尺度涡自主跟踪观测 84
3.4.1 中尺度涡动态特征提取 84
3.4.2 基于水下滑翔机的中尺度涡跟踪 90
3.4.3 仿真实验 98
参考文献 99
4 海流环境中海洋机器人路径规划 101
4.1 概述 101
4.2 问题描述 102
4.2.1 问题建立 102
4.2.2 环境流场构建 103
4.3 全局流场下海洋机器人路径规划 105
4.3.1 Wavefront算法路径规划 105
4.3.2 A*算法路径规划 107
4.3.3 基于水平集的路径规划方法 108
4.3.4 仿真结果与分析 113
4.4 基于共享流场的海洋机器人动态路径规划 116
4.4.1 共享数据提取与压缩 118
4.4.2 基于单包传输策略的数据共享 122
4.4.3 基于共享数据的环境流场重建 124
4.4.4 仿真研究 125
参考文献 131
5 面向海洋观测的海洋机器人协同控制方法 133
5.1 概述 133
5.2 海洋中尺度涡圆形观测路径协同控制策略 134
5.2.1 涡旋中心坐标系海洋机器人运动微分方程 135
5.2.2 圆形路径队形能量函数 136
5.2.3 圆形路径协同控制律 137
5.2.4 圆形路径协同控制仿真实验 141
5.3 一阶可微观测协同控制策略 148
5.3.1 Frenet坐标系下海洋机器人运动微分方程 148
5.3.2 一阶可微路径编队能量函数 151
5.3.3 一阶可微路径协同控制律 152
5.3.4 一阶可微路径下协同控制仿真实验 155
5.4 面向协同观测的多海洋机器人编队控制方法 160
5.4.1 协同路径跟踪控制器设计 160
5.4.2 基于协同路径跟踪控制的多水下滑翔机编队控制 165
5.4.3 多水下滑翔机编队控制海上试验 171
参考文献 178
索引 179
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