5.2 控制系统仿真 26

5.3 未知干扰的引入与仿真： 28

结  论 30

致  谢 31

参 考 文 献 32

附录 34

1 引言：

1.1   课题研究背景

海洋生态敏感区域大而遥远，因此很难看到诸如气候变化和污染的威胁带来的影响。而目前科学家和政府都对跟踪水中污染物、评估环境变化、监测海平面、测量海岸线和了解生物多样性等方面都充满兴趣，开发和利用海洋资源已然成为了21世纪国家发展的重要战略方向。但是，监测和了解大空间分布的系统是很难的，部分原因是部分可观察性、复杂的动力学、高成本以及必须收集数据的多样性。为了经济的平衡发展与可持续发展，就需要一种新型的采样和监测方法来保存在长时间大范围内采集到的大量的数据。

随着科学的发展，海洋无人智能监测平台的应用越来越广泛，该监测平台的主要类型有：无人水下自主航行器(AUV, Autonomous Underwater Vehicle)、遥控式水下机器人(ROV, Remotely Operated Vehicles)和水面无人艇( USV, Unmanned Surface Vehicle)等[26]。其中无人船相对于其他的智能平台具有独特的优势，因其工作于海洋表面，所以具有可以通过无线电波与其他系统进行远距离长时间通信，工作范围广等优点。

水面无人艇是一种以小型船舶为基础的新型水上监测平台，通过在无人艇上搭载定位、导航与控制设备以及多种监测传感器，以遥控或自主运行的工作方式，完成相应的监测任务。水面无人艇是一个较为复杂的系统，它涉及到很多相关领域的专业技术，如船舶设计、信息智能控制、人工智能、信息处理与检测等，其需要研究的内容更是包含了自动运行、路径规划与导航、自主避障等[12]。

水面无人艇不需要人的驾驶，即它能够进行自动行驶，而随着科技技术的进步，自动驾驶技术从传统的PID控制技术不断优化，如今已经取得了很大的进步，无人船也从航向保持模式发展到了航迹保持模式。无人船在自动运行之前，需要有一条规划好的预定航线，然后再根据预定的航向进行航行。而预定的航线的获得则需要借助路径规划模块。由于在气动船运行的环境中可能存在一定的障碍物，为了规避障碍物，需要通过路径规划，在气动船运动的区域内规划出一条最佳路径，到达期望的目标位置。

水面无人艇与常规的有人驾驶的船舶相比，有着体积较小、运行速度快、效率高和智能化水平高等优点[14]。无人船与有人驾驶的船舶相比的另外一个显著的优势在于当遇到恶劣环境时，有人驾驶的船舶在此情况下会减慢航速或者无法出航，使得监测工作无法顺利展开，但是无人驾驶的自主船则能够在这样的恶劣环境下进行工作，提高了工作效率。由于自主船的水面无人艇的生存能力强，可以适应各种天气和海况，人力资源投入较少，具有较高的性价比，所以，加强对水面无人艇的相关技术研究已经成为了国际上的一种趋势。

1.2 水面无人艇的发展概况论文网

水面无人艇首次出现于二十世纪五六十年代，当时无人艇主要局限在有人平台的范围内进行一些简单的水面作业。而二十世纪九十年代开始，随着远程扫雷操作模型的诞生，国际上对水面无人艇的研究才进入一个新的阶段，与水面无人船的相关项目才开始大量出现[24]。