无人艇技术基础

本书就无人艇的运动控制、自主感知与路径规 划等的相关原理和设计展开介绍与扩展，基本囊括 了无人艇运动控制与路径规划的主要内容。本书的 主要内容包括：国内外无人艇的应用与发展现状和 关键技术研究现状，无人艇的运动学模型、动力学 模型及水平面3自由度运动数学模型，无人艇自动靠 泊控制、路径跟踪控制、轨迹跟踪控制和编队控制 的控制器设计及仿真，用Gazebo仿真软件完成工业 单目相机与镭神激光雷达的联合标定及多传感器融 合建模，以及全局和局部的多种路径规划算法。本 书中提供了基本的原理方法介绍和计算推导实例， 内容全面，实用性强，适用范围广，可作为高等院 校船舶与海洋工程、控制理论与控制工程等相关专 业高年级本科生和研究生的课程教材，也可作为无 人艇运动数学模型、无人艇运动控制、自主感知技 术与环境建模、无人艇路径规划方面的参考资料。

第1章 绪论 1.1 无人艇概念 1.2 无人艇研究现状 1.2.1 国内无人艇的应用与发展现状 1.2.2 国外无人艇的应用与发展现状 1.2.3 关键技术研究现状 第2章 无人艇运动数学模型 2.1 参考坐标系 2.2 运动学模型 2.3 动力学模型 2.3.1 流体动力数学模型 2.3.2 外部干扰力数学模型 2.3.3 船舶控制力数学模型 2.4 无人艇水平面3自由度运动数学模型 2.4.1 无人艇水平面3自由度一般方程 2.4.2 简化的无人艇水平面3自由度运动数学模型 第3章 无人艇运动控制 3.1 基础理论 3.1.1 Lyapunov稳定性理论 3.1.2 非线性系统的鲁棒性控制 3.2 无人艇自动靠泊控制 3.2.1 概念 3.2.2 控制器设计与稳定性分析 3.2.3 仿真实验 3.3 无人艇路径跟踪控制 3.3.1 基础知识概述 3.3.2 制导律设计 3.3.3 基于Backstepping滑模的动力学控制器设计 3.3.4 闭环稳定性分析 3.3.5 仿真实验 3.4 无人艇轨迹跟踪控制 3.4.1 引言 3.4.2 问题描述与预备知识 3.4.3 控制算法设计和稳定性分析 3.4.4 仿真实验 3.4.5 总结 3.5 无人艇编队控制 3.5.1 虚拟领航方法概述 3.5.2 PID控制算法介绍 3.5.3 虚拟领航无人艇的路径跟踪误差模型的建立 3.5.4 编队误差模型的建立 3.5.5 虚拟领航无人艇控制器的设计 3.5.6 跟随无人艇控制器的设计 3.5.7 仿真实验 第4章 自主感知技术与环境建模 4.1 雷达感知 4.1.1 Gazebo仿真环境的搭建 4.1.2 镭神激光雷达驱动安装与启动 4.2 光学目标感知 4.2.1 Gazebo仿真环境光学目标感知