目 錄 第1章 緒論 1 1.1 無人艇概念 1 1.2 無人艇研究現狀 2 1.2.1 國內無人艇的應用與發展現狀 2 1.2.2 國外無人艇的應用與發展現狀 3 1.2.3 關鍵技術研究現狀 5 第2章 無人艇運動數學模型 11 2.1 參考坐標系 11 2.2 運動學模型 12 2.3 動力學模型 13 2.3.1 流體動力數學模型 15 2.3.2 外部干擾力數學模型 17 2.3.3 船舶控制力數學模型 18 2.4 無人艇水平面3自由度運動數學模型 19 2.4.1 無人艇水平面3自由度一般方程 19 2.4.2 簡化的無人艇水平面3自由度運動數學模型 20 第3章 無人艇運動控制 21 3.1 基礎理論 21 3.1.1 Lyapunov穩定性理論 21 3.1.2 非線性系統的魯棒性控制 24 3.2 無人艇自動靠泊控制 31 3.2.1 概念 31 3.2.2 控制器設計與穩定性分析 31 3.2.3 仿真實驗 35 3.3 無人艇路徑跟蹤控制 37 3.3.1 基礎知識概述 37 3.3.2 制導律設計 42 3.3.3 基于Backstepping滑模的動力學控制器設計 43 3.3.4 閉環穩定性分析 45 3.3.5 仿真實驗 46 3.4 無人艇軌跡跟蹤控制 50 3.4.1 引言 50 3.4.2 問題描述與預備知識 51 3.4.3 控制算法設計和穩定性分析 55 3.4.4 仿真實驗 63 3.4.5 總結 64 3.5 無人艇編隊控制 65 3.5.1 虛擬領航方法概述 65 3.5.2 PID控制算法介紹 66 3.5.3 虛擬領航無人艇的路徑跟蹤誤差模型的建立 68 3.5.4 編隊誤差模型的建立 70 3.5.5 虛擬領航無人艇控制器的設計 71 3.5.6 跟隨無人艇控制器的設計 72 3.5.7 仿真實驗 74 第4章 自主感知技術與環境建模 79 4.1 雷達感知 79 4.1.1 Gazebo仿真環境的搭建 80 4.1.2 鐳神激光雷達驅動安裝與啟動 82 4.2 光學目標感知 86 4.2.1 Gazebo仿真環境光學目標感知 88 4.2.2 工業單目相機驅動安裝與啟動 91 4.3 工業單目相機與鐳神