水下机器人在湍流环境下对化学羽状物的追踪定位

论文摘要

海底热液喷口系统是一种深海喷发系统。从地球内部喷发出的热量和矿物质支持着热液喷口周围独特的生态环境,并且为海底地质学的研究提供了线索。准确地描绘出热液羽状物在热液源头附近的分布情况可以有效地帮助研究人员确定进行海底采样的位置和深度。纵观历史,对热液喷口的探测主要是通过载人潜水器和遥控式水下机器人进行。近些年来,随着水下机器人技术的进步,AUV已经可以作为辅助工具参与到海底热液搜索的工作中,并且在太平洋以及大西洋的热液探测试验中很好的完成了任务。在未知环境下化学物质的特性对水下机器人进行热液跟踪起到了导航的作用本文围绕水下机器人在湍流环境下对化学羽状物追踪定位问题,具体展开了如下几个方面的研究工作：1.研究湍流的主要性质,建立湍流环境下化学羽状物的仿真环境模型。2.详细介绍了水下机器人利用基于行为的方法对化学羽状物追踪定位的过程。3.提出了基于人工势场方法对化学羽状物追踪定位的实现方法。4.对两种方法进行仿真实验,给出了仿真结果。本文通过仿真实验测试表明,利用水下机器人进行化学羽状物跟踪定位是可行的,对提高热液的搜索效率具有重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 海底热液探测的意义
• 1.3 水下机器人分类、主要用途及发展趋势
• 1.3.1 水下机器人分类及主要用途
• 1.3.2 智能水下机器人发展趋势
• 1.4 深海热液喷口搜索调查方法国内外研究现状
• 1.5 国内外研究现状综合评述
• 1.6 论文主要内容
• 第2章 仿真模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 热液扩散的特点
• 2.3 环境模型的建立
• 2.3.1 静态环境模型
• 2.3.2 动态仿真环境建立
• 2.4 小结
• 第3章 热液羽化物的追踪
• 3.1 引言
• 3.2 基于行为的路径规划
• 3.3 水下机器人搜索热液的行为
• 3.3.1 运动至起始点
• 3.3.2 搜索热液
• 3.3.3 跟踪热液
• 3.3.4 丢失热液
• 3.3.5 重新获得热液
• 3.3.6 找到热液源头区域
• 3.4 本章小结
• 第4章 热液羽化物追踪的算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 人工势场法基本原理
• 4.2.1 普通人工势场法
• 4.2.2 流体力学的调和函数法
• 4.2.3 势场栅格法
• 4.3 人工势场法在热液羽状物追踪中的应用
• 4.4 应用中遇到的问题
• 4.4.1 如何逃逸局部最优点
• 4.4.2 如何确认气味源位置
• 4.5 小结
• 第5章 仿真结果分析与结论
• 5.1 仿真试验假设
• 5.2 水下机器人基于行为方法的仿真
• 5.3 水下机器人基于人工势场方法的仿真
• 5.4 仿真结论
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢