[发明专利]基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统

权利要求书

1.一种基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统，其特征在于，包括：大型AUV虚拟试验艇子系统、水下三维虚拟环境子系统、运动求解子系统、数据管理子系统以及可视化子系统，其中：大型AUV虚拟试验艇子系统在刚体惯性、重力、浮力、惯性类水动力、向心力、科氏力、阻力、推力、舵力以及外界环境干扰力的相互作用下等比模拟真实大型高速AUV物理样机的运动状态，并在物理引擎的作用下为本体附加碰撞属性；水下三维虚拟环境子系统通过大范围的水下环境的渲染、动静态障碍可视化模型的搭建以及真实海流、海浪扰动的产生高保真模拟大型高速AUV的真实水下环境；运动求解子系统描述水下虚拟环境中所有物体固联坐标系间的转换关系，并求解大型AUV的运动方程，同步更新其位姿与速度状态；数据管理子系统管理仿真过程中生成的各种数据，支持写入和读取数据操作，同时可管理与调配节点间数据通信问题，支持接收和发送数据操作；可视化子系统加载并动态显示水下三维环境与大型AUV虚拟试验艇模型，同步更新实时数据曲线并可视化AUV运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统，其特征是，所述的大型AUV虚拟试验艇子系统以常规单刚体AUV为原型，做等长径比放大处理，其本体为单刚体结构，尾部配有隧道推进器以及十字方向舵，所述的十字方向舵包括垂直舵和水平舵，通过摆动方向舵可调节AUV的俯仰姿态和偏航姿态，该大型AUV虚拟试验艇子系统包括：运动关联模块、运动感知模块、运动决策模块以及运动控制模块，其中：运动关联模块以连杆和关节为基本单元表征大型AUV各部件的拓扑结构关系；运动感知模块将虚拟传感器组件返回的数据转换为动态环境信息与大型AUV高速航行过程中的状态信息，并输出至运动决策模块；运动决策模块根据运动感知模块反馈的信息进行规划策略并与运动控制模块相互配合完成指定任务；运动控制模块接收运动决策模块下达的指令，快速地做出响应，解算执行器动作，并精准、高品质地完成期望动作；

所述的拓扑结构关系包括：大型AUV各部件的外观纹理与几何碰撞模型以及质量与惯量物理属性；关节按照父-子级关系将上下连杆进行关联，父连杆能够同时作为其他连杆的子级，同样，子连杆也能够同时作为其他连杆的父级；

所述的虚拟传感器组件是指：通过仿真系统抽象出来的与实际物理传感器功能相同或类似的传感器件，可对其相关属性参数进行设置；

所述的指定任务包括：水下导航、自主避障、目标追踪、多体协同或其组合。

3.根据权利要求2所述的基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统，其特征是，所述的运动控制模块包括：位置控制器、姿态控制器和速度控制器，其中：根据大型AUV接收运动决策模块下达的指令，快速完成期望动作；

所述的位置控制器，以参考位置为输入，以AUV搭载的位置传感器采集到的数据作为反馈，通过调整推进器转速和方向舵舵角，驱动大型AUV至参考位置；所述的姿态控制器，以参考姿态为输入，以AUV搭载的姿态传感器采集到的数据作为反馈，通过调整方向舵舵角，驱动大型AUV至参考姿态；所述的速度控制器，以参考速度为输入，以AUV当前速度为反馈，通过调节推进器转速驱动大型AUV至参考速度。

4.根据权利要求1所述的基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统，其特征是，所述的水下三维虚拟环境子系统包括：具有碰撞物理属性的海底模型、动静态物体模型以及真实海洋扰动，其中：海底模型包括平地、海山、海沟地形，静态物体包括沉船、生锈铁柱，动态物体包括游鱼、水下潜器、悬浮物，真实海洋扰动包括海流和海浪的扰动力和力矩。

5.根据权利要求1所述的基于真实扰动数据的分布式大型高速AUV高保真仿真系统，其特征是，所述的运动求解子系统包括：坐标系转换求解模块与大型AUV运动方程求解模块，其中：坐标系转换求解模块根据某一坐标系下位置、速度信息，进行坐标系转换处理，得到另一坐标系下位置、速度信息；大型AUV运动方程求解模块根据AUV执行器指令信息，进行动力学解算，得到AUV的位姿、速度状态信息。