海洋機器人自主觀測理論與技術

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《海洋機器人自主觀測理論與技術》，俞建成等 著，出版社： 科學出版社。

科學出版社是由中國科學院編譯局與1930年創建的龍門聯合書局於1954年8月合併成立的；目前公司年出版新書3000多種，期刊500多種，形成了以科學（S）、技術（T）、醫學（M）、教育（E）、人文社科（H）為主要出版領域的業務架構。

目錄

內容簡介

《海洋機器人自主觀測理論與技術》以海洋機器人為平台，以海洋觀測為背景，系統介紹海洋機器人在海洋自主觀測中的相關理論、技術、方法和應用，主要包括海洋機器人自主觀測的發展歷史與現狀、海洋特徵場構建中海洋機器人自主觀測優化、典型海洋特徵跟蹤模型及跟蹤方法、海流環境下海洋機器人路徑規劃、海洋機器人（群）控制方法等方面的理論和應用。

目錄

叢書前言一

叢書前言二

前言

1 緒論 1

1.1 概述 1

1.1.1 海洋自主觀測的意義 1

1.1.2 海洋觀測平台 1

1.2 海洋自主觀測國內外發展現狀 3

1.2.1 國外發展現狀 3

1.2.2 國內發展現狀 8

1.3 海洋自主觀測發展趨勢 10

1.3.1 高性能高可靠的移動觀測平台 11

1.3.2 多元化及立體化觀測網絡 11

1.3.3 模塊化結構 12

1.4 海洋自主觀測體系架構 12

1.4.1 海洋觀測任務規劃 13

1.4.2 海洋機器人路徑規劃 15

1.4.3 海洋機器人運動與控制 16

1.4.4 多海洋機器人近實時特徵跟蹤 18

參考文獻 18

2 自主覆蓋觀測優化 20

2.1 概述 20

2.2 海洋特徵場估計 21

2.2.1 空間隨機變量估計 21

2.2.2 變異函數估計 23

2.2.3 仿真實驗 27

2.3 區域覆蓋採樣點選擇 29

2.3.1 採樣性能準則 29

2.3.2 貪婪算法採樣策略 30

2.3.3 貪婪算法得到的次優解邊界下限 31

2.4 自適應覆蓋觀測方法 33

2.4.1 覆蓋採樣 34

2.4.2 參數估計 37

2.4.3 分布式自適應採樣 42

2.4.4 仿真實驗 47

參考文獻 56

3 海洋機器人動態海洋特徵跟蹤方法 58

3.1 概述 58

3.2 典型海洋特徵跟蹤模型 59

3.2.1 海洋鋒面跟蹤模型 59

3.2.2 等值線、極值跟蹤模型 62

3.2.3 溫躍層跟蹤模型 63

3.2.4 上升流跟蹤模型 65

3.2.5 中尺度渦跟蹤 68

3.3 特徵場等值線自主跟蹤觀測 70

3.3.1 特徵場等值線提取 71

3.3.2 基於多水下滑翔機的溫度特徵場跟蹤 76

3.3.3 仿真實驗 80

3.4 中尺度渦自主跟蹤觀測 84

3.4.1 中尺度渦動態特徵提取 84

3.4.2 基於水下滑翔機的中尺度渦跟蹤 90

3.4.3 仿真實驗 98

參考文獻 99

4 海流環境中海洋機器人路徑規劃 101

4.1 概述 101

4.2 問題描述 102

4.2.1 問題建立 102

4.2.2 環境流場構建 103

4.3 全局流場下海洋機器人路徑規劃 105

4.3.1 Wavefront算法路徑規劃 105

4.3.2 A*算法路徑規劃 107

4.3.3 基於水平集的路徑規劃方法 108

4.3.4 仿真結果與分析 113

4.4 基於共享流場的海洋機器人動態路徑規劃 116

4.4.1 共享數據提取與壓縮 118

4.4.2 基於單包傳輸策略的數據共享 122

4.4.3 基於共享數據的環境流場重建 124

4.4.4 仿真研究 125

參考文獻 131

5 面向海洋觀測的海洋機器人協同控制方法 133

5.1 概述 133

5.2 海洋中尺度渦圓形觀測路徑協同控制策略 134

5.2.1 渦旋中心坐標系海洋機器人運動微分方程 135

5.2.2 圓形路徑隊形能量函數 136

5.2.3 圓形路徑協同控制律 137

5.2.4 圓形路徑協同控制仿真實驗 141

5.3 一階可微觀測協同控制策略 148

5.3.1 Frenet坐標系下海洋機器人運動微分方程 148

5.3.2 一階可微路徑編隊能量函數 151

5.3.3 一階可微路徑協同控制律 152

5.3.4 一階可微路徑下協同控制仿真實驗 155

5.4 面向協同觀測的多海洋機器人編隊控制方法 160

5.4.1 協同路徑跟蹤控制器設計 160

5.4.2 基於協同路徑跟蹤控制的多水下滑翔機編隊控制 165

5.4.3 多水下滑翔機編隊控制海上試驗 171

參考文獻 178

索引 179

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