目錄
第1章 智能船舶概述 1
1.1 智能船舶概念 1
1.2 船舶智能化特點 2
1.2.1 智能船舶主要特點 2
1.2.2 智能船舶主要功能 3
1.2.3 智能船舶關(guān)鍵技術(shù) 4
1.2.4 智能船舶船級社認(rèn)證 5
1.2.5 智能船舶的分類 6
1.3 國內(nèi)外智能船舶現(xiàn)狀 7
1.3.1 無人艇發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.3.2 大型智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀 12
思考與練習(xí) 14
第2章 無人艇運動建模與參數(shù)辨識 15
2.1 坐標(biāo)系及運動狀態(tài)參數(shù)定義 15
2.2 運動學(xué)建模 16
2.3 動力學(xué)建模 18
2.4 操縱運動模型 18
2.4.1 整體型模型 18
2.4.2 分離型模型 20
2.5 模型參數(shù)辨識方法 23
2.5.1 最小二乘辨識方法原理 23
2.5.2無 人艇三自由度辨識模型 24
2.6 模型參數(shù)辨識試驗驗證 24
2.6.1 無人艇操縱性試驗對象與步驟 25
2.6.2 Z形操縱性試驗步驟及結(jié)果分析 25
2.6.3 回轉(zhuǎn)操縱性試驗步驟及結(jié)果分析 28
2.6.4 無人艇辨識模型驗證 29
思考與練習(xí) 31
第3章 無人艇推進(jìn)動力系統(tǒng)原理與設(shè)計 32
3.1 無人艇航行阻力 32
3.1.1 空氣阻力 32
3.1.2 水阻力 32
3.2 螺旋槳推進(jìn)特性 36
3.2.1 螺旋槳類型 36
3.2.2 螺旋獎的水動力特性 37
3.2.3 B系列螺旋槳圖譜及其回歸表達(dá)式 38
3.3 無人艇推進(jìn)動力傳遞與效率分析 41
3.3.1 伴流系數(shù) 41
3.3.2 推力減額系數(shù) 42
3.3.3 船體效率 42
3.3.4 螺旋槳敞效率 42
3.3.5 相對旋轉(zhuǎn)效率 42
3.3.6 船舶后側(cè)工作的螺旋槳效率 43
3.3.7 推進(jìn)效率 43
3.3.8 軸效率 43
3.3.9 總效率 43
3.4 推進(jìn)動力系統(tǒng)常見設(shè)備選型 43
3.4.1 電池組 44
3.4.2 好調(diào)速器 48
3.4.3 無刷電機 49
3.4.4 螺旋槳 52
3.5 系泊試驗與參數(shù)辨識 53
3.5.1 無人艇典型動力系統(tǒng)介紹 53
3.5.2 無人艇動力系統(tǒng)系泊試驗 54
思考與練習(xí) 55
第4章 無人艇智能航行控制原理與設(shè)計 56
4.1 無人艇智能航行控制基本原理 56
4.2 制導(dǎo)算法原理與設(shè)計 58
4.2.1 航路跟蹤問題描述 58
4.2.2 LOS制導(dǎo)原理 58
4.3 PID路徑跟蹤控制算法設(shè)計 59
4.4 自抗擾路徑跟蹤控制算法設(shè)計 62
4.4.1 自抗擾控制技術(shù)基本理論 62
4.4.2 廣義漂角補償路徑跟蹤控制算法 65
4.4.3 路徑跟蹤仿真驗證 71
4.5 避障控制算法設(shè)計 75
4.5.1 靜態(tài)避障 75
4.5.2 動態(tài)避障 76
思考與練習(xí) 82
第5章 無人艇視覺識別與相對定位 83
5.1 單目相機模型 83
5.1.1 線性模型 83
5.1.2 非線性模型 85
5.2 光學(xué)圖像預(yù)處理 87
5.2.1 灰度轉(zhuǎn)換 87
5.2.2 醜濾波 87
5.2.3 圖像邊緣檢測 89
5.3 水面圖像去霧處理 91
5.3.1 暗通道先驗理論 91
5.3.2 基于暗通道先驗的圖像去霧 92
5.3.3 暗通道先驗去霧算法改進(jìn) 93
5.3.4 試驗仿真及結(jié)果分析 96
5.4 視覺相機標(biāo)定和圖像校正 98
5.4.1 張氏標(biāo)定法 99
5.4.2 標(biāo)定實現(xiàn)與圖像校正 102
5.5 基于視覺的水面目標(biāo)檢測方法 105
5.5.1 YOLOV4-Tiny水面對接目標(biāo)檢測 105
5.5.2 基于顏色閾值分割的水面對接目標(biāo)精細(xì)檢測 110
5.5.3 試驗結(jié)果與分析 113
5.6 基于單目視覺的水面目標(biāo)相對位姿測量方法 114
5.7 基于基準(zhǔn)標(biāo)記的水面目標(biāo)視覺定位方法 116
5.7.1 STag標(biāo)記的特征及檢測方法 117
5.7.2 無人艇視覺導(dǎo)引系統(tǒng)中STag標(biāo)記的檢測實例 120
5.7.3 基于EPnP的目標(biāo)相對定位方法 121
思考與練習(xí) 124
第6章 無人艇智能航行控制案例設(shè)計與分析 125
6.1 無人艇智能航行控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計 125
6.1.1 智能航行控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計 125
6.1.2 艇載嵌入式軟件架構(gòu)設(shè)計 129
6.1.3 岸基端上位機應(yīng)用軟件設(shè)計 131
6.1.4 開源通用上位機軟件案例 133
6.2 通信協(xié)議原理與設(shè)計 135
6.2.1 NMEA0183協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)格式 136
6.2.2 MavLink輕量化通信協(xié)議 139
6.2.3 自定義軟件通信協(xié)議 144
6.3 無人艇自主對接回收控制案例設(shè)計與分析 145
6.3.1 自主對接回收控制系統(tǒng)介紹 145
6.3.2 自主對接回收控制系統(tǒng)傳感器濾波 147
6.3.3 自主對接回收驗證試驗 147
6.3.4 避障控制下的靜態(tài)靠泊驗證試驗 150
思考與練習(xí) 153
參考文獻(xiàn) 154