水下环境中可靠光无线通信的建立与维持
系统与控制
2021-02-10 v1 系统与控制
摘要
本文提出一种自主水下航行器（AUV）与配备光通信收发器的移动水面船舶之间的轨迹跟踪问题。其挑战在于在两个自主航行器之间于光通信范围内维持稳定连接。我们在双航行器系统间定义了一条有向光视距（LoS）链路。发射机安装于AUV上，而水面船舶配备光接收机。然而，该光通信信道需保持稳定的收发位置以强化服务质量，通常包括比特率与误码率。基于信道模型近似出光接收机的锥形波束区域；若AUV发射机停留于该区域内，则可保证最小比特率。此外，我们设计了两种控制算法，使发射机在不确定海洋环境下驱动AUV并使其维持于锥形波束区域内。所提出的NLPD控制器基于李雅普诺夫函数分析设计，确保所得闭环跟踪误差的渐近稳定性。利用MATLAB/Simulink进行数值仿真，以展示控制器在太阳背景噪声存在下于较短时间内实现良好跟踪的能力。最后，结果表明所提出的NLPD控制器在标称条件下较原PD策略跟踪误差性能提升超70%，在模型不确定性与扰动下提升35%。
引用
@article{arxiv.2102.04724,
title = {Establishing and Maintaining a Reliable Optical Wireless Communication in Underwater Environment},
author = {Ibrahima N'Doye and Ding Zhang and Mohamed-Slim Alouini and Taous-Meriem Laleg-Kirati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.04724},
year = {2021}
}