水面无人艇态势评估方法研究

论文摘要

态势评估技术是水面无人艇(Unmanned Surface Vehicles, USV)可变自主系统中的关键技术,从水面高速无人平台的工作环境、水面高速无人平台完成特殊任务的要求及其他制约条件来看,完全脱离人的监督和操控而实现全自主是不现实的,可以让系统具有可变自主性,可以适时、适当地引入人工干预,提高系统决策的可靠性和可信性。所以USV可变自主系统的研究已成为必然趋势。由于复杂的海洋环境,以及USV在执行任务时会遇到的突发事件,所以及时、准确的把握当前的态势,对提高系统的可变自主性具有至关重要的作用。本文主要研究USV在可变自主系统中进行态势评估的方法。本文首先简要介绍了国内外USV态势评估方法的研究现状,然后划分了USV态势评估要完成的功能,建立了事件检测、威胁评估和冲突预测三级功能处理模型,详细分析了该模型各级所需完成的功能。然后分析了态势评估中的事件类型,提出了基于模糊逻辑的事件检测方法；威胁评估是态势评估系统的重要内容,提出了基于贝叶斯网络的威胁评估算法；针对USV进行远程规避和巡航任务的背景,对各任务进行连续监控,判断在当前的态势下,对影响任务完成的冲突进行预测,即对USV的实际能力与完成任务所需能力之间的冲突进行预测。最后,本文在USV远程规避和巡航的任务背景下,以USV可变自主系统中的态势评估为重点进行了讨论与验证,通过仿真实验实现了USV态势评估系统,验证了以上所提方法的可行性,并对仿真效果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 态势评估技术的国内外研究现状
• 1.2.1 态势评估系统研究与应用
• 1.2.2 态势评估主要技术方法
• 1.3 论文的主要工作和组织结构
• 第2章 USV可变自主框架及态势评估研究
• 2.1 USV可变自主系统简介
• 2.2 可变自主系统框架研究
• 2.2.1 可变自主系统体系结构
• 2.2.2 态势评估的作用
• 2.3 态势评估系统结构与评估过程
• 2.4 态势评估详细控制流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 事件检测的方法实现
• 3.1 事件检测问题分析
• 3.1.1 事件检测定义
• 3.1.2 事件定义与分类
• 3.1.3 事件知识表示
• 3.2 基于模糊逻辑的事件检测方法
• 3.3 事件检测仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 威胁评估的方法实现
• 4.1 威胁评估问题分析
• 4.2 贝叶斯网络理论
• 4.2.1 贝叶斯定理
• 4.2.1 贝叶斯网络
• 4.2.2 贝叶斯网络模型
• 4.2.3 信息传播与算法步骤
• 4.3 利用贝叶斯网络进行态势评估的原因
• 4.4 用于态势评估的树状贝叶斯网络结构图
• 4.5 基于贝叶斯网络的威胁评估方法
• 4.5.1 进行USV感知能力威胁评估的贝叶斯网络模型
• 4.5.2 进行USV生存能力威胁评估的贝叶斯网络模型
• 4.5.3 进行USV航行能力威胁评估的贝叶斯网络模型
• 4.5.4 进行USV通信能力威胁评估的贝叶斯网络模型
• 4.6 威胁评估仿真结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 冲突预测的方法实现
• 5.1 冲突预测问题分析
• 5.2 基于模糊逻辑的冲突预测方法
• 5.3 冲突预测仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 仿真实验及结果分析
• 6.1 实验背景
• 6.2 态势评估验证的实验任务
• 6.3 态势评估的接口和算法步骤描述
• 6.4 仿真及结果分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢