基于DBO优化的Deep-BiTCN下AUV 6自由度运动辨识建模

李辰宇, 梅斌, 张杰, 刘宸

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大连海事大学学报 ›› 2025, Vol. 51 ›› Issue (01) : 31-42. DOI: 10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.004

基于DBO优化的Deep-BiTCN下AUV 6自由度运动辨识建模

  • 李辰宇, 梅斌, 张杰, 刘宸
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摘要

针对AUV 6自由度运动非线性和强耦合性,提出一种基于蜣螂优化(DBO)的深度双向时域卷积神经网络的非线性系统辨识建模方法。首先,采用双向时域卷积网络(BiTCN)、双向门控循环开关(BiGRU)和注意力机制构建深度双向时域卷积神经网络(Deep-BiTCN),建立AUV 6自由度非线性黑箱模型。其次,为提高Deep-BiTCN模型预测精度,采用DBO算法对模型超参优化。最后,与支持向量机(SVM)和随机森林(RF)模型比较,结果验证了本文运动建模方法的可行性和有效性。实验结果表明,DBO使得Deep-BiTCN算法模型均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(SMAPE)分别降低了58.94%、49.22%,决定系数(R2)提高了0.73%。本文的运动辨识模型精度高、收敛性强,避免了由于运动非线性导致的预报误差大、强耦合运动系统易发散的问题,可为AUV运动提供一种有效的建模与预报方法。

关键词

自主水下航行器(AUV) / 船模实验 / 时域卷积网络 / 蜣螂优化(DBO) / 注意力机制

中图分类号

TP18 / U664.82 / U661.73

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李辰宇, 梅斌, 张杰, 刘宸. 基于DBO优化的Deep-BiTCN下AUV 6自由度运动辨识建模. 大连海事大学学报. 2025, 51(01): 31-42 https://doi.org/10.16411/j.cnki.issn1006-7736.2025.01.004

基金

大连海事大学航海学院2023年一流学科交叉研究项目(2023JXA08); 辽宁省教育厅2022年度基本科研项目(LJKMZ20220373); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(3132024135)

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