水面无人艇的体系结构与运动控制（精）

　　《水面无人艇的体系结构与运动控制》根据水面无人艇（USV）的系统特性，艇型和机动性特点，以及运动特性，基于系统工程研究方法和现代控制理论与方法，系统且详细地介绍了USV体系结构与运动控制。主要包括：USV发展现状及关键技术，USV体系结构包括物理架构和逻辑架构的设计与建立，USV运动数学模型及参数辨识，USV运动控制理论与方法，USV目标识别与位姿测量方法，USV路径规划与自主避碰原理与方法，USV运动规划方法等。《水面无人艇的体系结构与运动控制》内容丰富新颖，理论与实践相结合，具有较强的实用性与指导性，可作为高等院校航海科学与技术、交通信息工程及控制、交通运输工程等相关专业本科生及研究生的教材，也可作为广大从事USV船舶通航安全管理、水上交通管理、船舶及港口智能化等领域的科研、设计、管理和工程技术人员的参考书籍。

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第1章 绪论
1．1 水面无人艇概述
1．2 国外水面无人艇发展现状
1．2．1 美国水面无人艇发展现状
1．2．2 以色列水面无人艇发展现状
1．2．3 其他国家水面无人艇发展现状
1．3 国内水面无人艇发展现状
1．4 无人艇发展的关键技术
参考文献
第2章 水面无人艇的体系结构
2．1 水面无人艇物理架构
2．1．1 无人艇组成架构
2．1．2 主控站组成架构
2．2 水面无人艇逻辑架构
2．2．1 指挥与控制子系统
2．2．2 导航定位子系统
2．2．3 环境信息采集子系统
2．2．4 通信子系统
2．2．5 航行控制子系统
2．2．6 能源管理子系统
参考文献
第3章 水面无人艇的运动建模
3．1 基础知识和基本概念
3．1．1 基本假设
3．1．2 坐标系统及相关参数
3．1．3 两个坐标系内运动学物理量之间的关系
3．1．4 船舶运动模型化的两大流派
3．2 水面无人艇状态空间六自由度模型
3．2．1 刚体动力学应用于船舶任意运动
3．2．2 水面无人艇六自由度操纵运动方程
3．3 水面无人艇运动受力分析
3．3．1 主机模型
3．3．2 舵机模型
3．3．3 螺旋桨推力和力矩模型
3．3．4 舵力和力矩模型
3．3．5 艇体重力模型
3．3．6 流体黏性力和力矩模型
3．3．7 流体惯性力和力矩模型
3．4 风的干扰力数学模型
3．4．1 相对风速和相对风向角计算
3．4．2 船体上的平均风压力和力矩
3．4．3 风压力系数和风压力矩系数的估算
3．5 波浪干扰力数学模型
3．6 流干扰力数学模型
参考文献
第4章 水面无人艇操纵运动响应模型的建立与参数辨识
4．1 水面无人艇操纵运动响应模型
4．1．1 水面无人艇操纵运动响应方程
4．1．2 船舶操纵性指数及其意义
4．1．3 K、T指数无因次化及影响K'、'指数的因素
4．2 参数辨识方法
4．2．1 小二乘参数辨识算法
4．2．2 小二乘递推算法
4．2．3 卡尔曼滤波参数辨识算法
4．2．4 扩展卡尔曼滤波参数辨识算法
4．3 水面无人艇操纵运动响应方程的辨识
4．3．1 水面无人艇的操纵运动
4．3．2 参数辨识及模型验证
参考文献
第5章 水面无人艇的运动控制理论与方法
5．1 引言
5．2 传统控制的理论与方法
5．2．1 PID控制与改进PID控制
5．2．2 Lyapunonv 稳定性原理
5．2．3 滑模（变结构）控制
5．2．4 Backstepping控制原理
5．2．5 自抗扰控制
5．2．6 自适应控制
5．2．7 内模控制
5．3 智能控制理论方法
5．3．1 专家系统控制
5．3．2 模糊控制
5．3．3 人工神经网络控制
5．4 水面无人艇的运动参数控制
5．4．1 航向控制
5．4．2 航迹控制
5．4．3 航速控制
5．4．4 首向控制
5．5 iNav系水面无人艇控制系统的设计
5．5．1 分级递阶控制原理
5．5．2 无人艇控制系统分层递阶结构设计
5．5．3 无人艇自动航行系统分层递阶结构设计
5．5．4 通用控制节点设计
参考文献
第6章 水面无人艇目标识别与位姿测量
6．1 基于毫米波雷达的水面目标检测
6．1．1 水面目标信息采集系统构建
6．1．2 水面目标检测
6．1．3 水面目标聚类
6．2 基于毫米波雷达的水面目标跟踪
6．2．1 目标跟踪基础知识
6．2．2 目标跟踪基本原理
6．2．3 目标跟踪结果
6．3 惯性导航系统
6．3．1 惯性导航系统概述
6．3．2 坐标系介绍
6．3．3 惯性导航算法推导
6．4 无人艇组合导航系统的建模
6．4．1 无人艇轨迹的设计
6．4．2 惯性器件模型的建立
6．4．3 惯性导航数据的仿真
6．4．4 全球定位系统的建模
6．5 无人艇的组合导航系统的仿真
6．5．1 组合导航算法及校正方式
6．5．2 组合导航系统的模型
6．5．3 组合导航系统的仿真
参考文献
第7章 水面无人艇路径规划与自主避让
7．1 水面无人艇路径规划的基本原理
7．2 路径规划环境模型构建方法
7．2．1 度量表示
7．2．2 拓扑表示
7．2．3 混合表示
7．3 路径规划常用算法
7．3．1 Dijkstra算法
7．3．2 A算法
7．3．3 人工势场法
7．4 水面无人艇避让原理
7．4．1 水面无人艇的避让过程分析
7．4．2 基于国际海上避碰规则的水面无人艇避让决策
7．4．3 基于内河船舶避碰规则的水面无人艇避让决策
7．4．4 基于速度障碍的自主避让算法
7．4．5 船舶自动避碰系统及未来发展趋势
参考文献
第8章 水面无人艇运动规划
8．1 水面无人艇运动规划的由来
8．1．1 轨迹规划方法概述
8．1．2 运动规划方法概述
8．2 轨迹单元模型
8．2．1 模型的思想
8．2．2 离散化规则
8．2．3 模型建立
8．3 基于轨迹单元的无人艇运动规划方法
8．3．1 轨迹单元抽象化
8．3．2 自由空间下路径点选择
8．3．3 障碍物环境下避碰策略
8．3．4 算法小结与流程
8．4 实验与结果
8．4．1 对比实验
8．4．2 仿真实验
8．4．3 实船实验
参考文献