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波浪滑翔机速度预测与路径规划的研究

易龙江  
【摘要】:波浪滑翔机是一种新型可持续的海洋观测平台,其采用双体结构进行机械设计,实现以波浪能作为推进动力;并搭载有光伏太阳能电池板和可充电锂电池,实现以太阳能作为系统电源。由此克服了常规海洋观测平台需要自带能源和难以自主移动的弊端,可实现长时间、远距离的海洋观测,并在海洋观测领域具有良好的应用前景以及重要的意义。由于波浪滑翔机波浪能驱动和太阳能供电的能源特点,在海试中波浪滑翔机的航向和航速完全依赖于复杂多变的海洋环境,虽然其航向可由舵机控制,但其航速还是完全依赖于海洋环境因素,因此波浪滑翔机的速度预测是一个值得关注的问题。基于OCFS-C预测数据模型,本文中应用线性回归模型线性权衡有效浪高、表层流、风速等海洋环境参数,推导出了波浪滑翔机速度的预测模型。由于在海试中海洋环境对波浪滑翔机具有极其重大的影响,既可以迫使波浪滑翔机陷入停滞,也可以促使波浪滑翔机快速前行,因此在波浪滑翔机执行海洋观测任务之前进行波浪滑翔机路径规划是一个首要问题。基于常规路径规划算法,文中引入波浪滑翔机速度来改进栅格法和蚁群算法,从而实现波浪滑翔机的路径规划。为了验证本文研究波浪滑翔机速度预测和路径规划的正确性与实用性,借助MATLAB2014a仿真平台进行了实例仿真。从实例仿真结果可以证明,本文可找出波浪滑翔机前进速度与海洋环境因素的确切关系,并指导波浪滑翔机以最安全、最快速的航线完成海洋观测任务。


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