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。     

水下搜救中基于先验信息的AUV区域覆盖路径规划

搭载侧扫声呐(side-scan sonar,SSS)的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV) 执行大规模海上搜救(search and rescue,SAR)任务时通常采用区域覆盖路径规划(coverage path planning, CPP)技术。由于任务失败的可能性很大,因此实现完全覆盖的同时,优先搜索目标可能存在的区域并提高侧扫声呐的数据质量十分必要。针对以上问题,提出了一种面向操作的全覆盖路径规划方法 SAS-A*,通过生成全覆盖路径,有效提高目标可能存在区域的覆盖速度和声呐数据的质量。该方法基于救援专家预测的目标位置和轨迹,采用二维高斯分布建立目标存在的概率模型,作为路径规划的先验信息。提出的 SAS-A*算法将下一个路径点选择策略转化为多目标决策问题,采用加权度量法来进行多目标优化,使 AUV 以更短路程、更少的转弯优先搜索目标可能出现的区域。仿真结果表明：SAR- A*路径规划方法适用于大规模搜救任务,可快速提高目标的搜索概率。     

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...     

一种无人艇自适应无线通信系统的设计应用

随着无人艇技术的发展成熟,各型无人艇已逐步应用到民用和军用领域。无线通信系统作为无人艇的重要组成部分,承担着无人艇与母艇之间信息交互的功能。从无线通信技术的发展现状出发,分析出适用于无人艇应用场景的无线通信技术及工程设计方法,并设计了一种自适应无线通信系统。该系统能根据无人艇工作状态提供连续稳定的数据链,经试验测试,运行效果良好。     

马赛克战背景下小型无人艇集群作战样式探析

基于马赛克战理念,构建了一种分组层次化的小型无人艇集群控制结构,具有灵活性好、通信负担低、鲁棒性高等优点.在此基础上,提出了协同防空反导、预登陆场隐蔽侦察、海上维权自卫反击等3种适应小型无人艇集群特点的作战样式,规划了不同作战样式下的编队构成、载荷配置和基本作战流程,并分析了涉及的主要关键技术.为小型无人艇集群作战应用...     

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。     

基于改进遗传算法的无人水下航行器路径规划

针对无人水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）运动约束多,传统遗传算法的路径寻优效率低、收敛速度慢等问题,提出了一种改进遗传算法的 AUV 路径规划方法。该算法选用栅格法构建环境,使用路径长度、平滑度和危险区域作为评价函数。改进遗传算法种群初始化过程,引入周围点栅格提高收敛速度,同时结合灾变思想避免群体陷入局部最优解。该算法根据 AUV 最大转角的约束条件,设计了 AUV 平滑过程和删除过程,避免了 AUV 航行出现急停急转。仿真及湖上试验结果表明：改进遗传算法相比传统遗传算法,路径长度减少 11.4%,收敛速度加快 20.0%,且收敛路径满足 AUV 航行约束要求。     

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。     

基于AFSA的高速无人艇操纵模型参数辨识

为了对高速无人艇的操纵性能进行预报,提升其操控性能,准确地建立无人艇操纵运动模型十分关键.针对传统模型试验求解模型参数较为复杂的问题,提出一种基于人工鱼群算法(AFSA)的高速无人艇操纵响应模型参数辨识方法.通过差分将操纵响应模型离散化处理,变换构造相应的辨识模型,然后基于AFSA对状态向量寻优求解,辨识得到无人艇操纵...     

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。     

一种用于水下无人航行器的局部避碰路径规划方法研究

研究水下无人航行器(UUV)的局部自动避碰路径规划,对人工势场法和速度障碍法进行改进, 提出一种在三维空间重新分配斥力的方法,联合应用人工势场法和速度障碍法,建立人工模拟势场求得合力, 通过合力的方向指引水下无人航行器航行,完成对动态静态障碍物的避让。仿真结果表明：该方法能有效在动静态混合环境下完成避碰,且平滑处理后的路径更符合水下无人航行器实际航行避碰操纵控制要求。     

Multi-Behavior Fusion Based Potential Field Method for Path Planning of Unmanned Surface Vessel

The problem of the unmanned surface vessel(USV) path planning in static and dynamic obstacle environments is addressed in this paper. Multi-behavior fusion based potential field method is proposed, which contains three behaviors: goal-seeking, boundary-memory following and dynamic-obstacle avoidance. Then, different activation conditions are designed to determine the current behavior. Meanwhile, information on the positions, velocities and the equation of motion for obstacles are detected and calculated by sensor data. Besides, memory information is introduced into the boundary following behavior to enhance cognition capability for the obstacles, and avoid local minima problem caused by the potential field method. Finally, the results of theoretical analysis and simulation show that the collision-free path can be generated for USV within different obstacle environments, and further validated the performance and effectiveness of the presented strategy.     

一种无人船水深测量系统及试验

针对浅水、未知、污染等困难地区的水深测量,研制了一种无人船水深测量系统。该系统包括岸基(母船)控制单元和测深船单元,其中岸基控制单元利用无线电遥控测深船走航测量并实时接收测量数据,测深船单元搭载GPS、电子罗盘、声学测深仪和主控系统。目前已开展了4次湖试和1次海试,验证了无人船用于水深测量的可行性和实用性。     

Path Planning Method Based on D~* lite Algorithm for Unmanned Surface Vehicles in Complex Environments

In recent decades, path planning for unmanned surface vehicles(USVs) in complex environments, such as harbours and coastlines, has become an important concern. The existing algorithms for real-time path planning for USVs are either too slow at replanning or unreliable in changing environments with multiple dynamic obstacles. In this study,we developed a novel path planning method based on the D* lite algorithm for real-time path planning of USVs in complex environments. The proposed method has the following advantages:(1) the computational time for replanning is reduced significantly owing to the use of an incremental algorithm and a new method for modelling dynamic obstacles;(2) a constrained artificial potential field method is employed to enhance the safety of the planned paths; and(3) the method is practical in terms of vehicle performance. The performance of the proposed method was evaluated through simulations and compared with those of existing algorithms. The simulation results confirmed the efficiency of the method for real-time path planning of USVs in complex environments.     

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。     

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。     

基于DIDSON的未知海域覆盖规划算法

针对自主水下机器人的路径规划问题,提出一种基于双频识别侧扫声呐(DIDSON)的全局路径规划算法。根据双频识别侧扫声呐的物理特性对AUV进行数学建模,根据声呐的工作频率不同,将AUV分为高频、低频两种工作模式。高频模式下成像精度高,低频模式下成像范围大。文中提出了一种D2-CPP算法,根据声呐返回的识别结果,算法会自主切换AUV的工作模式,并动态规划出对应的路径点,直到覆盖所有区域。通过与割草机算法的仿真对比,证明了算法的有效性,近海实验证明了算法的可靠性。     

一种海洋环境监测无人船系统及其海洋应用

无人船是一种新型的无人多功能海洋监测平台,能够以遥控或自动方式完成连续性海洋参数测量。针对湖泊和近海的海洋环境监测,自主研发了一种双体双推进式无人船系统"USBV"。利用该无人船系统,搭载信标差分GPS、单波束测深仪和CTD(温盐深仪),于2014-10-11在连云港当路水库和连岛海域,开展了水深、温度和盐度的自动航行监测。通过分析无人船的自动航行性能和深度、温度与盐度的测量结果,验证了无人船"USBV"用于海洋环境监测的自动性和可行性。