无人艇载多波束组网测量系统

为了提高传统多波束测量的效率,开展无人艇载多波束组网测绘系统总体设计以及测绘/航行一体化、组网拼接、伴随控制等关键技术的研究。试验表明,该测量系统中两艘无人艇可伴随母船航行以及多波束设备实现了组网测量,测量效率提高二倍,数据精度符合相关规范。本文所实现的测量系统极大地提高了水深测量数据快速获取的能力,所研究得到的航行/测量一体化技术对于测绘无人艇的开发具有参考意义,所提出的组网测量作业方式对海洋测量、调查作业有着借鉴和启发意义。     

测量无人艇研究进展综述

主要基于船体、航速、续航能力、作业海况、搭载仪器、操作方式以及主要用途等方面,详细阐述了国内外测量无人艇的技术参数,分析了国内无人艇的不足和重点攻克的技术,以及螺旋桨、喷泵两种推进方式的优缺点;分析了测量无人艇艇型、自动控制、载体总体设计及集成、环境感知、通信等关键技术及实现途径;指出测量一体化、智能化水平的提升、水陆一体化测量技术、组网测绘为测量无人艇未来的发展方向。     

水陆两栖无人平台技术研究进展

水陆两栖平台是一种既可以在陆上行驶又可以在水中航行的特种装备,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。随着近年新域新质无人化装备的深化和智能化技术的发展,水陆两栖无人平台成为世界强国竞争发展的新高地。回顾并分析了近年水陆两栖无人平台及其关键技术的研究进展,根据推进模式将水陆两栖无人平台分为轮/履式水陆两栖无人平台、复合式水陆两栖无人平台和仿生式水陆两栖无人平台3大类,按照分类归纳了水陆两栖无人平台的典型样机及其参数。梳理了未来水陆两栖无人平台发展的关键技术,为开展水陆两栖无人平台的研究提供借鉴。     

无人水面测量艇技术研究(二):测量设备加装及无线数据传输技术

通过在无人水面测量艇加载测深、侧扫等测量设备,结合无线数据传输技术即可实现在岸边或母船上对无人测量艇的操控,达到水深测量全过程的自动化、智能化。综合考虑测量艇各舱室的配重情况,提出了具体的测量设备加装设计方案,针对测量设备众多、接口复杂、集成问度大的问题,采用了基于串口转换软件的远程控制技术结合无线数据传输的方案,实现了通过岸台基站即可直接对船台测量设备进行实时监控及参数设置调整。     

新型无人海道测量艇的设计与实现

为提升无人艇在浅水区和危险区等复杂水域开展专业化海道测量的应用能力,在广泛调研国内外同类型无人海道测量艇功能定位和设计要求的基础上,采用了一种优化后的M型艇型设计和油电混合动力,引入高精度惯导姿态定位系统提升姿态控制和避障能力,研发了基于电子海图的测量和导航一体化控制系统,并综合给出了一种适应浅水区测量和专业海道测量的无人海道测量艇的设计方案。实际应用表明该无人海道测量艇具有优良的水动力性能和水下噪声抑制能力,具备了适应多种环境的通信保障能力,实现了高精度的航行轨迹控制和自主避障,能够在复杂水域自主完成高精度测量任务,测量成果满足海道测量规范要求。本项研究为后续无人艇作为测量平台持续提升海道测量能力提供了借鉴和参考。     

无人艇组网测量应用场景研究及精度分析

针对无人艇载多波束组网作业在海道测量中尚处于研究和试验推广阶段,成熟案例少等问题,结合海道测量作业实际,制定了大范围开阔水域测量、浅水水域测量、沉船搜救、海底小目标探测等特定场景,对无人艇组网测量作业模式进行验证,通过对采集的多波束数据进行主检测线比对分析,参照现有标准、规范对分析结果进行评估,结果表明无人艇组网测量作业模式能够适应不同场景实际需求,数据准确性满足规范指标要求和现实需要,对无人艇（组网）测量作业方式推广应用具有指导意义。     

基于小型无人艇的海洋磁力测量精度评价

为了验证基于小型无人艇进行海上磁力测量的可行性,研制了船载海洋磁力测量系统,将其搭载于小型无人艇上,进行了海上磁力测量试验,在海上测量中获得了重复测线和交叉测线数据;对海上测量数据进行了处理,并按照相关规范和方法计算了重复线和交叉点的内符合精度,计算结果显示两条重复线的内符合精度分别达到1.06 nT和1.71 nT,...     

基于无人机/无人艇的最优动态覆盖观测技术

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)/无人艇(unmanned surface vehicle,USV)对海面区域的最优动态覆盖观测问题,提出了一种以最大化观测收益为指标的航路优化方法。采用区域分解、子区域分配、航路规划相结合的分层求解思路:首先,根据信息密度等先验知识,采取基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的区域特征提取理论,从任务区域中提取出若干个子区域;然后,将子区域进行排序与分配,从而将复杂的协同优化问题转化为多个简单的单UAV或USV航路规划问题;最后,各UAV或USV在分配的子区域内采用并行滚动时域控制(receding horizon control,RHC)算法进行航路规划。仿真结果表明,本文提出的GMM-RHC方法具有更高的观测效率,可有效解决无人机/无人艇最优动态覆盖观测问题,具有重要的应用价值。     

无人水面测量艇技术研究(一):船型及推进方式设计

目前,无人水面舰船代表了海洋测量装备自动化、智能化的发展趋势,是海洋测量技术研究的热点。针对浅水区域水下地形复杂、暗礁众多、涌浪较大的特点,对无人水面测量艇水深测量技术进行研究,涉及的关键技术包括船型及推进方式设计、测量设备加装测试、无线数据传输功能、测量艇吊放回收技术等,本文主要围绕船型及推进方式展开研究,提出三体喷水推进无人水面测量艇设计方案,基于该方案实现的测量模式具有很强的机动性和高效性,必将极大地提高测量部门在浅水区域水深数据的快速获取能力。     

多无人艇协同目标分配算法研究

未来战争中很多作战任务需要由多艘无人艇相互配合才能完成,多无人艇协同目标分配是无人艇自主协同控制研究的关键技术之一。为了解决多参数、多约束条件下的目标分配问题,改进贝叶斯优化算法中网络构造方式及需要存储大量数据的不足,提出了基于决策图贝叶斯优化算法(Bayesian Optimization Algorithm with Decision Graphs,DBOA)的多无人艇协同目标分配方法。根据无人艇的消耗、目标价值的毁伤和执行任务预计耗费时间 3 个决策变量,并结合约束条件构建了多无人艇协同目标分配数学模型。仿真实例表明,DBOA 算法收敛速度快,能够达到全局最优解,基于 DBOA 的协同目标分配方法具有良好的时间效率和分配效果。     

结合速度障碍法的无人艇编队控制策略研究

在实际的工程运用中,领航者–跟随者算法无法解决无人艇在编队形成过程中的相互碰撞问题,往往需要提前确定编队初始状态,避免编队无人艇之间的相互碰撞。针对该缺陷,将速度障碍法引入领航者–跟随者算法,并将威胁评价引入速度障碍法中,以解决无人艇在编队过程中的相互碰撞问题。建立了无人艇的运动仿真平台,并对提出的无人艇编队控制策略进行了仿真试验。试验表明：该算法提高了编队控制的稳定性,降低了编队形成过程中的碰撞风险。     

无人船声学探测设备集成设计优化方法研究

常规海底探测任务多使用声学探测设备,按照预设测线航行作业,载体航行扰动和自噪声往往直接影响数据质量和作业效率。通过水动力仿真模拟和实船测试等技术手段研究无人船集成声学探测设备的方法,提出设计优化方案来指导无人船的设计与制造,最终实现实船所测数据满足95%置信区间小于0.25,达到IHO44特优级标准,充分证明提出的关于无人船声学探测设备集成设计方法的研究是可行的,具有推广和深入研究的意义。     

基于深度学习的水面无人艇目标检测算法综述

随着人工智能的发展,水面无人艇可代替人工进行危险任务作业,目标检测是其完成自主探测的核心技术。深度学习技术克服了人工特征提取精度低、通用性差等局限性,已成为图像处理的主流方法。首先,对当前基于深度学习的目标检测算法的发展现状进行了全面总结,对算法分类进行了详细的定义,并指出了不同类型算法的优缺点及适用场景;然后,分析了无人艇水面目标检测技术的研究现状,指出了各类深度学习工作的贡献、优势和局限性;最后,总结了面向水面无人艇的深度学习目标检测算法中亟需解决的关键科学问题,并对可行的方案以及该应用研究领域的未来发展做了进一步的展望。     

反水雷无人艇的发展趋势分析

水雷作为一种重要的水中兵器,在历次海战中发挥了巨大作用.反水雷用于清除水雷,保护编队的航行自由.随着"零伤亡"战争理念日趋深入人心,雷区无人化成为反水雷的发展方向.综合对比了无人艇、无人水下航行器、无人机等无人平台的特点,分析了无人艇用于反水雷的独特优势,探讨了美国、英国、法国等反水雷无人艇的发展以及在反水雷中的应用情...     

舰载浅水激光测深系统研究

本文提出了近海浅水区域水深测量的激光双频相位法测量方案，采用声光调制1064nm和532nm光波分别测量水面和水底距离。在实验室进行了该系统的模拟实验，证实了该方案的可行性。     

水面无人艇在水面舰艇编队水下防御的发展展望

为提升水面舰艇编队水下防御能力,构建以水面无人艇为补充的编队水下防御装备体系是未来发展的重要方向。在总结国内外水面无人艇现状及发展趋势的基础上,分析了无人艇的发展必要性,结合水面舰艇编队防御鱼雷攻击的任务需求,开展了水面无人艇作战使用方法研究,并对其对抗效能进行了仿真分析评估。相关研究成果可牵引水面无人艇在水下信息对抗领域的发展与应用。     

基于水舱结构的UUV平衡液位算法研究

为了解决装配水舱的水下无人航行器在出航前,需人为通过调节水舱液位,使航行器处于零浮力状态的不便捷性问题,提出一种可以自动调整航行器平衡液位的方法。结合航行器自身水舱结构,通过 PID 算法将航行器的姿态信息和水舱液位信息进行整合,调节水舱水量实现航行器密度近似于当前水域密度,寻找满足航行器零浮力平衡姿态下的水舱液位。通过 MATLAB 仿真分析,该算法可以实现自主调节平衡液位的目的。     

无人水下航行器故障预测与健康管理框架研究

针对无人水下航行器维修保障难度大、成本高的问题,论述了 PHM 技术在无人水下航行器的系统级、分系统级、设备级的应用问题,提出了一套适用于无人水下航行器机载、岸基故障预测与健康管理(PHM) 系统框架结构。分析了其中的关键技术,在此基础上进行了无人水下航行器 PHM 数据流结构设计。最后,以 PHM 技术工程应用为线索,提出了无人水下航行器 PHM 总体集成技术方案。