无人船运动控制方法综述

为实现无人船海上自主作业,无人船运动控制的快速性、准确性以及鲁棒性亟待提高。首先从全驱动控制和欠驱动控制角度,分别概括了国内外无人船航向控制、航速控制、轨迹跟踪控制以及路径跟踪控制的主流控制方法。其次,归纳总结了处理海洋环境不确定扰动的研究进展,包括扰动的建模和消除、抑制扰动的主流方法。最后,总结了无人船运动控制现状与存在的问题,并从工程应用和理论研究两个角度对未来的研究方向进行了展望。     

无人船现状及发展趋势综述

无人船是海洋技术发展的产物,作为一种新型技术手段目前已在海洋调测和防务领域广泛应用.本文从无人船系统的组成、应用领域和发展现状出发,归纳总结无人船的关键技术,并研究其发展趋势.作为一种水面机动载体,无人船关键技术包括特型平台设计技术、运动控制技术和通信技术3个方面,其核心是围绕任务内容、载荷原理、使用环境特点,以应用设计、功能开发为主体的系统集成和应用.现阶段无人船主要作为传统海上工作方法的补充,在遵守、参照现有各种法规、技术标准要求的前提下,搭载已成型的船用任务载荷,按照载人船舶的作业模式、施工惯例投入各种应用.未来随着材料技术、人工智能、通信技术的发展,以及相关政策、法规的建立、健全,无人船将逐步成为一种独立的技术手段,形成一系列新的作业模式和技术方法.     

无人机正射影像辅助无人船测深的作业方法探讨

无人船测深系统被越来越广泛地应用于采集水深数据。在复杂水域环境中进行作业时,无人船受到工作底图及导航方式的限制,难以采用自动航行模式进行测绘,因此提出了一种无人机正射影像辅助无人船测深的作业方法。通过无人机快速获取测区正射影像成果,利用正射影像辅助进行测区划定和测线布设,避开可能造成作业风险的水上障碍物和岸滩。并在此基础上进行自动航行线路的规划设计,在水位不低于正射影像获取水位时开展无人船测深作业。经验证,采用该方法能够最大限度的完成测绘任务,同时降低作业强度与风险,具有较好的应用价值。     

无人船监测与测量技术进展

为了促进无人船技术得到快速发展,较系统地综述了无人船监测与测量的基本原理、主要性能和典型应用,同时对无人船的船身结构、动力系统、测量载荷等硬件设备以及数据处理、岸基控制等软件系统做了较为详细的阐述。最后对当前无人船测量技术发展中存在的难题进行了深入分析与探讨,以期我国的无人船监测与测量技术能够得到较为迅速的发展并得到广泛的应用,满足社会发展的需要。     

声学调查设备系统自噪声测量方法研究

声学调查设备重要功能之一是用来获取海洋中的背景噪声信号,这些信号都是弱信号,因此系统自噪声是声学调查设备中一项重要性能指标。提出了3种声学调查设备系统自噪声测量的方法,其中短路噪声测量法是实验室应用较多的一种方法,试验结果表明采用短路噪声测量法测量系统自噪声的结果可验证声学调查设备自噪声性能是否满足设计指标。低噪声环境自噪声测量法可以作为设备整机的功能及性能测试。     

基于无人船的大洋中尺度涡观测系统展望

中尺度涡在大洋中普遍存在,研究发现其能量比大尺度海洋环流的能量大一个量级,在海洋物质能量输运和全球气候变化中起着重要的作用。受观测条件限制,目前对中尺度涡的观测主要通过卫星高度计实现,只能从海面高度来推算中尺度涡大小、分布、强度及其伴随的水体和能量输送,而卫星高度计对中尺度涡垂直结构特征认识不足,也导致了对中尺度涡所引起的上层海洋能量、热量输送估计误差偏大。目前对中尺度涡三维结构观测认识不足,展望未来将会出现基于无人船平台的大洋中尺度涡三维结构自动观测系统,该平台将集成自动水下剖面观测功能等先进技术,以便观测中尺度涡的垂直结构特征及其时空变化特征,进而可对中尺度涡带来的物质和能量输送进行系统认识。     

基于扰动观测器的非奇异模糊滑模无人船编队控制

针对含有模型参数不确定性、外界干扰与抖振现象的无人船编队问题,提出了一种基于扰动观测器的非奇异模糊终端滑模编队控制方法。首先,将领航者–跟随者与人工势场法相结合,获得无人船的编队构型并保证无碰撞现象;其次,基于Lyapunov能量函数设计出模糊控制规则,消除了控制器中的抖振问题;进而,提出了一种扰动观测器来补偿未知动态和外界干扰,增强了系统的鲁棒性和稳定性。通过理论分析和仿真结果验证了所提控制方法的有效性。基于所设计的编队控制方法,无人船最终可形成期望的编队构型。     

无人船在近浅海水下考古领域的工程实践

以无人船在我国某近浅海水下考古项目中的工程实践为样本,探讨无人船在典型水下浅埋不连续小目标探测任务中的施工方式设计方法以及优势和不足。本项目中一艘搭载条带探测设备的母船与两艘搭载参量阵浅地层剖面仪的无人船协同作业,母船进行大区域扫测,发现疑似目标后现场操作人员控制无人船对目标进行加密测量、精细探测,为水下目标的甄别提供更准确、丰富的参考数据。实践证明,该施工方法优势在于充分利用无人船对声学设备航行扰动弱、循线精度高、通过性好的优势,提高了作业效率、增大了现场可探测范围、提高了水下目标的探测准确性,不足之处在于受现阶段设备操作方式的限制,现场仍需根据设备数量投入较多的操作人员。     

无人船监视图像反光区域检测与去除方法及实验验证

受海上环境、太阳高度角和无人船航向等因素的影响,无人船监控图像中海面反光现象不可避免,进而干扰后续视频处理,例如海天线的提取和运动目标的跟踪等。本文提出了一种无人船视频监控海面反光区域的检测及去除方法。首先,利用RGB颜色通道中的最大值与最小值获取像素点的亮度比例关系,检测海面反光区域中的高亮像素点。然后,针对检测到的高亮像素点进行形态学膨胀操作,获取较完整的海面反光区域。最后,结合反光区域中像素点亮度值随其位置分布的变化特点,使用加权后的邻域像素进行高亮成分抑制,实现反光区域的去除,并完成了无人船监视图像处理实验验证。实验结果显示,所提出的方法可有效检测并去除海面反光区域。     

基于改进动态窗口法的无人船目标跟踪运动规划方法

针对多浅滩、礁石和渔船等复杂环境下可疑船只目标运动跟踪问题,本文提出了一种基于改进动态窗口法的无人船目标跟踪运动规划方法。首先,根据目标船只的状态和障碍物位置,自适应选择目标跟踪制导律,同时采用最近会遇点方法优化采样空间。然后,将航行危险度评价因子加入动态窗口法目标函数,以此评估碰撞危险度。最后,对有限时域内的推演轨迹...     

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。     

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。     

无人艇载水陆一体化测量系统集成优化技术

为提高水陆一体化测量系统的作业精度和性能,开展无人艇载水陆一体化测量系统集成优化技术研究。借助仿真分析手段,对艇型及设备布置进行优化研究,并开展多传感器集成、时间同步、盲区无缝和实时拼接技术研究,设计并集成了无人艇载水陆一体化测量系统。实验表明,无人艇载水陆一体化测量系统获得的水上水下数据的平均垂直误差为0.12m。所提出的无人艇载水陆一体化测量系统集成优化技术是可行的,可为测绘艇和水陆一体化测量系统集成提供理论依据。     

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。     

无人机航空像片绝对定向非迭代解算方法研究

利用无人机航空像片的模型点重心化坐标和地面重心化坐标构成单位四元数,通过最优化求解绝对定向旋转矩阵,并基于旋转矩阵解算平移参数和比例参数,实现绝对定向的非迭代解算。与传统方法相比,这种方法具有无需初始值、可靠性高等优点。实验结果表明,方法可以得到较高的解算精度,能够满足无人机航空像片定位的需要。     

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。     

探猎雷装备探测概率分类方法研究

探猎雷装备作为海军反水雷部队的主要装备,其探测应用研究对提高建制式反水雷装备的作战效能具有重要意义。从作战部队探猎雷实战使用流程出发,结合探猎雷装备应用现状,提出了声呐探测目标的概率分类方法,建立了探测概率分类方法模型,对实际应用需解决的问题进行了探析。对开展海区水雷目标数量评估、目标的识别比对以及声呐探测航次优化等装备作战运用有一定的启发和促进作用。     

Multidisciplinary Design Optimization of A Human Occupied Vehicle Based on Bi-Level Integrated System Collaborative Optimization

The design of Human Occupied Vehicle (HOV) is a typical multidisciplinary problem, but heavily dependent on the experience of naval architects at present engineering design. In order to relieve the experience dependence and improve the design, a new Multidisciplinary Design Optimization (MDO) method “Bi-Level Integrated System Collaborative Optimization (BLISCO)” is applied to the conceptual design of an HOV, which consists of hull module, resistance module, energy module, structure module, weight module, and the stability module. This design problem is defined by 21 design variables and 23 constraints, and its objective is to maximize the ratio of payload to weight. The results show that the general performance of the HOV can be greatly improved by BLISCO.     

无人潜航器作战保障适用性评估方法

良好的作战保障适用性是确保无人潜航器顺利完成预定任务的关键。无人潜航器兼具平台和弹药类装备的双重属性,具有长期贮存、多次使用且可修的使用保障特点。从无人潜航器使用保障全寿命周期出发,结合其基本使用保障工作流程,提出了基于任务分解和基准保障能力的作战保障任务完成度,用于综合评估装备作战保障适用性,并结合装备实际案例给出了算例分析。提出的评估方法具有较好的实践性和可操性,能够全面客观地评估装备作战保障流程和关键要素,研究成果可为无人潜航器及其他类似无人平台作战保障适用性评估提供借鉴。