基于单水声信标定位的海底飞行节点群体定位研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51809062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ocean bottom flying node (OBFN) is a scalable, unique alternative to currently implemented solutions for ocean bottom seismic observation of petroleum resources. The OBFN can cruise to the designated location down to the depth of 3000 meters, and remain static at the seafloor to acquire long term seismic data for up to 30 days. Accurate positioning is essential to ensure the accuracy of the gathered data. The localization of OBFNs is a challenging problem since the amounts of OBFNs need to be deployed can be up to 10 thousands. In this project, the localization of OBFNs will be achieved by extension of traditional single beacon underwater tracking system for single underwater agent. Necessary and sufficient conditions on the observability of a novel single beacon tracking model with unknown effective sound velocity will be derived. Subsequently, non-linear Kalman filter based on Interacting Multiple Model concept, which combines the extended Kalman filter, unscented Kalman filter and Particle filter, will be developed to solve the problem of large linearization error while implementing commonly used extended Kalman filter. In addition, an improved Sage-Husa adaptive filter will be designed to account for the unknown time varying probability distribution of process and measurement noise. Furthermore, to improve positioning accuracy of OBFNs, an unmanned surface vehicle (USV) will be designed to carry the acoustic beacon and periodically broadcast its position to the OBFN network. The path planning algorithm for the USV aiming at cooperative USV/OBFN navigation will be developed. This project will not only provide a novel solution method for localization of OBFNs, but also promote the development of ocean bottom seismic research.
海底飞行节点(OBFN)因具有信号采集质量好、布放回收效率高、地形适应性强等优势,是海底石油勘探技术的研究热点。针对OBFN大规模组网布放面临的群体定位问题,本项目拟将针对单一目标的单水声信标定位方法扩展到水下节点群体定位中,通过将非线性定位模型线性化,研究基于未知声速的单水声信标定位模型局部能观测性及全局能观测性;基于交互式多模型思想,融合粒子滤波、无迹卡尔曼滤波等非线性滤波算法,研究针对OBFN群体定位的非线性滤波算法;通过设计动态调节反馈窗口宽度的模糊控制器,研究改进的Sage-Husa自适应滤波算法;以最小化群体定位误差为目标函数,研究保证群体定位能观测性的信标载体动态路径规划算法。遵循从模型到算法、从单一到群体的研究思路,解决单水声信标定位非线性状态估计、时变系统噪声参数估计、USV/OBFN协同定位等关键科学问题,为实现OBFN大规模组网布放提供位置保障。

结项摘要

海底飞行节点(OBFN)因具有信号采集质量好、布放回收效率高、地形适应性强等优势,是海底石油勘探技术的研究热点。针对OBFN大规模组网布放面临的群体定位问题,本项目将针对单一目标的单水声信标定位方法扩展到水下节点群体定位中,通过将非线性定位模型线性化,研究了基于未知声速的单水声信标定位模型局部能观测性及全局能观测性;基于交互式多模型思想,融合粒子滤波、无迹卡尔曼滤波等非线性滤波算法,提出了针对OBFN群体定位的非线性滤波算法;通过设计动态调节反馈窗口宽度的模糊控制器,提出了改进的Sage-Husa自适应滤波算法;融合长基线与单信标定位方法,提出了基于VB近似的水下鲁棒自适应群体定位方法。所提出的水下单信标定位方法成功应用于团队自主研发的海底飞行节点AUV等多型水下自主潜器中,基于外场湖试实测结果表明,所提方法将单水声信标定位系统的定位误差由10m量级降低到m级,定位精度显著提高。项目研究工作在2019年1月至2021年12月按计划顺利开展,研究成果抵达预期,完成了既定的研究目标。在本项目支持下,项目组以第一作者或通讯作者共发表论文5篇,其中SCI检索论文4篇,EI检索论文1篇;授权国家发明专利5项,受理国家发明专利12项;出版英文专著(Book Series) 1部。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(17)
A variational Bayesian approximation based adaptive single beacon navigation method with unknown ESV
基于变分贝叶斯近似的未知ESV自适应单信标导航方法
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107484
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    OCEAN ENGINEERING
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Qin, Hong-De;Yu, Xiang;Deng, Zhong-Chao
  • 通讯作者:
    Deng, Zhong-Chao
An expectation-maximization based single-beacon underwater navigation method with unknown ESV
未知ESV下基于期望最大化的单信标水下导航方法
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2019.10.066
  • 发表时间:
    2020-02-22
  • 期刊:
    NEUROCOMPUTING
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Qin, Hong-De;Yu, Xiang;Deng, Zhong-Chao
  • 通讯作者:
    Deng, Zhong-Chao
Globally exponentially stable single beacon underwater navigation with unknown sound velocity estimation
具有未知声速估计的全局指数稳定单信标水下导航
  • DOI:
    10.1016/j.jfranklin.2021.01.010
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of the Franklin Institute
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yu Xiang;Qin Hongde;Zhu Zhongben
  • 通讯作者:
    Zhu Zhongben

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其他文献

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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