基于地磁多参量多目标搜索的AUV仿生导航研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51379176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1102.船舶工程
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Inspired by the geomagnetic navigation behavior of animals, this project is to study the bio-inspired navigation for AUV without prior geomagnetic map, whose realization mechanism and working principle remain unclear at present. In nature, the geomagnetic characteristics utilized by animals mainly depends on their sensitivity to the variation trend of geomagnetism, from the perspective of bionics, it manifests as the convergence of geomagnetic multi-parameter from the present values to objective values, therefore, geomagnetic multi-parameter plays a key role in bio-inspired navigation for AUV. However, without the prior knowledge of the parameter variation principle, it is of great difficulty to study the multi-objective convergence problem with multiple parameters. In this project, dynamic genetic evolution algorithm and multi-objective convergence theory are adopted to study the bio-inspired navigation for AUV based on geomagnetic multi-parameter. The research contents include (1) the action principle of geomagnetic multi-parameter to bio-inspired navigation; (2) bio-inspired navigation algorithm for AUV based on multi-objective search of geomagnetism with multi-parameter; (3) bio-inspired navigation with searching space malposition caused by magnetism abnormality or ocean currents disturbance and its boundary condition. By theoretical analysis, numerical simulation and experimental validation, we attempt to reveal the geomagnetic multi-parameter based bio-inspired navigation mechanism, master the working principle of bio-inspired navigation based on multi-objective search of geomagnetism with multi-parameter, elucidate the boundary condition for bio-inspired navigation caused by magnetism abnormality or ocean currents disturbance and realize the geomagnetism based bio-inspired navigation for AUV, which will be able to provide theoretical foundation for engineering practice.
本项目受生物地磁导航行为的启发,研究无先验地磁图的AUV仿生导航问题,目前对其实现机理及作用规律等尚不清楚。生物对地磁特征的利用主要依赖于其对地磁的趋势性敏感,从仿生角度看,体现为地磁多参量向目标参量的收敛,因此地磁多参量对仿生导航具有关键作用,但在缺乏参量变化规律先验知识的前提下,多参量的多目标收敛具有很大的研究难度。本项目主要采用动态遗传进化与多目标收敛理论,研究基于多参量收敛的AUV仿生导航。包括:(1)地磁多参量对仿生导航的作用机理;(2)基于地磁多参量多目标搜索的AUV仿生导航算法;(3)地磁参量异常、洋流干扰造成搜索空间错位的AUV仿生导航及边界条件等。通过理论分析、数字仿真及实验验证,揭示基于地磁多参量的仿生导航机理;掌握地磁多参量多目标搜索对AUV仿生导航的作用规律;明确地磁异常、洋流影响作用于AUV仿生导航的边界条件;实现基于地磁的AUV仿生导航,为工程实践提供理论依据。

结项摘要

本课题以利用地磁参量特性进行运载体自主导航为研究对象,提出研究不需要先验地磁参量数据库的仿生导航机理与方法。通过对动物迁徙、归巢等行为的分析与借鉴,提出一种不同于传统导航方式的新概念仿生导航技术,其特点是不依赖于先验数据,异于常规的地磁参量匹配导航方法,而是将地磁参量导航归结为对地磁特征的多参量多目标搜索问题,导航行为的依据是使得地磁多参量在同时同地收敛于目标值,从而达到利用地磁参量远程导航的目的。本课题地磁仿生导航研究综合考虑了生物对未知环境搜索的自适应特征,均衡进化策略的探索能力、地磁异常等,系统深入地论证了基于地磁多参量多目标搜索的仿生导航的机理与方法。. 首先,研究了生物地磁导航的行为机理,从仿生角度出发,将生物利用磁趋势的行为归结为参量规律未知情况下的地磁多参量向各自目标值收敛的问题。通过研究生物在地磁作用下的运动行为,明确了生物导航机理,建立了基于地磁多参量搜索的导航模型。.其次,提出利用磁趋势性搜索自主导航的机理,明确地磁多参量对仿生导航的影响规律。分析了地磁场各参量的不同特性,建立了仿生导航中运动路径参量和地磁多参量之间的约束条件,提出了基于时序进化搜索的仿生导航算法。通过对搜索多样性的偏向性分析,讨论了仿生导航算法的稳定性以及收敛特性。. 然后,针对地磁参量异常、洋流干扰等造成搜索空间错位下的导致的局部环路搜索等问题,研究了影响地磁多参量收敛特性的异常因素,明确了地磁参量异常、洋流干扰等对算法参量搜索影响的作用机理,分析并明确干扰因素的边界条件,实现环境异常影响下的地磁仿生导航。. 最后,利用XQ-ROS机器人搭建地磁仿生导航试验平台并进行导航实验,实验结果验证了地磁仿生导航方法的可行性和有效性。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(7)
专利数量(7)
洋流影响下的AUV地磁仿生导航方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    地球物理学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李红;刘明雍;刘坤
  • 通讯作者:
    刘坤
基于信息耦合度的群集系统自组织分群方法
  • DOI:
    10.13195/j.kzyjc.2013.1711
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘明雍;雷小康;杨盼盼;刘坤
  • 通讯作者:
    刘坤
Bio-inspired geomagnetic navigation method for autonomous underwater vehicle
自主水下航行器仿生地磁导航方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Systems Engineering and Electronics
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Hong Li;Mingyong Liu
  • 通讯作者:
    Mingyong Liu
磁异常干扰下基于约束策略的仿生导航方法
  • DOI:
    10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0568
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    北京航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘坤;刘明雍;杨盼盼;李红;彭星光
  • 通讯作者:
    彭星光
基于自组织结对行为的群集机器人分群控制方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    西北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨盼盼;刘明雍;雷小康;李越
  • 通讯作者:
    李越

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    雷小康
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    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    刘明雍;雷小康;彭星光
  • 通讯作者:
    彭星光
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘明雍;杨盼盼;雷小康;刘坤
  • 通讯作者:
    刘坤
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机器人
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐德民;张立川;严卫生;刘明雍
  • 通讯作者:
    刘明雍
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡俊伟;刘明雍;张加全;HU Jun-wei,LIU Ming-yong,ZHANG Jia-quan (College o
  • 通讯作者:
    HU Jun-wei,LIU Ming-yong,ZHANG Jia-quan (College o

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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