中国第四次北极考察日记

中国第四次北极考察队自2010年7月1日至9月20日,以北极海冰快速变化机理研究和北极海洋生态系统对海冰快速变化的响应为科学目标,先后对白令海、楚科奇海、加拿大海盆、北极点等海域,进行了135个海洋站位和10个冰上站位的考察作业,系统观测了海冰、海洋和大气变化,获得了大量的样品和数据。本次北极考察历时82天,总航程达12600海里,调查范围南北纵贯2300海里,东西横跨1100海里,是历次北极考察中范围最广、距离最远的一次考察,创造了多项国内纪录,其中"雪龙"船北进至北纬88度26分,创下中国航海史上最北端的纪录;部分科考队员利用直升机抵达北极点进行科考,实现中国人靠自身能力挺进到北极点的伟大壮举。     

无人潜航器交战行为分层建模方法

无人潜航器是水下智能化作战技术的重要突破口,然而目前其自主能力不足,无法支持水下无人自主作战。针对该问题,提出了一种基于有限状态机和行为树的无人潜航器交战行为分层建模方法,面向无人潜航器打击目标任务,设计行为模型框架与交战行为模型。该模型结合了有限状态机和行为树的优点,具有高解耦性、结构精简、易于修改与复用的特点,能够支撑无人航行器交战行为的定制化开发,并进一步根据任务剖面形成任务清单,支持无人航行器智能化作战。     

新型海上无人平台登临装置研究

本文总结了国内外海上平台登临方式,并设计了一种新型海上无人平台登临装置。这一新装置具有结构简单、占用空间小、系统可靠等优点,本文详细描述了该装置的登临和离开工作流程及控制模式,并针对不同作业阶段设置了不同的控制模式,通过设计安全性仿真实验及实验参数,确保在6级风况下,装置臂展长度需大于1.42 m,以保障人员的安全。同时,本文探讨了该装置的关键技术,如人员姿态识别、船舶运动检测与预测等,这些技术的应用有望提高作业的安全性和效率。未来,新型海上无人平台登临装置的发展趋势将集中在人工智能技术的应用,以进一步提高作业人员的安全,并实现远程操控和设备维护。这一新型智能装备将具备识别、感知和实时监测功能,以应对不断变化的海上工作环境,同时注重信息反馈,以支持后勤维修工作。     

基于无人飞行平台的小型Ka波段合成孔径 雷达系统研制

无人飞行平台具有滞空时间长、使用维护方便等优点,在军事侦查打击、国土资源普查、灾害监测等领域的应用日益广泛。合成孔径雷达是一种二维成像雷达,能够得到类似光学图片的雷达图像,具有全天候、高分辨率、宽检测范围等优点,是无人飞行平台的重要载荷之一。然而,受限于无人飞行平台相对较小的空间与负载能力,雷达载荷必须向小型、轻量以及低功耗等方面发展。Ka波段电磁波信号具有波长短、带宽大、关键微波器件的体积小等特点,适合应用于高分辨率微小型雷达载荷。2015年中国科学院电子学研究所面向中小型无人飞行平台,开展了研制的小型高分辨率Ka波段合成孔径雷达工作,并通过试飞验证了雷达性能。本文研究了Ka波段SAR雷达系统各项关键技术,介绍了雷达系统及关键模块设计方案、雷达各工作模式的参数设计和实时成像算法,展示了该雷达在轻型飞行平台上获得的高分辨率飞行图像,并对图像进行了指标分析。试验结果表明：该Ka波段雷达系统成像清晰,图像分辨率优于0.2 m,满足设计指标要求;实测雷达重量低于10 Kg,峰值功耗小于100 W,适用于轻小型无人飞行平台。     

"海鳐"波浪滑翔器研究进展及发展思路

波浪滑翔器是一种能够完全借助自然能源长周期运行的小型水面无人航行器,具有超强的续航能力和一定的控位能力,能够执行长时间、大范围、持续的海洋环境观测,水面水下目标探测,跨域通信及信息传递等任务。在国家“863 计划”和国家重点研发计划等领域项目的支持下,中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所研制的“海鳐”波浪滑翔器在平台技术及应用研究上均取得了重要的进展,整体技术水平处于国内领先、世界先进,为在我国军事、海洋环境监测、海洋资源开发利用等领域的应用推广奠定了坚实的平台基础。同时,波浪滑翔器仍是一种有限能力的小型无人航行器,在实际应用中还有许多需要完善和提高的地方。介绍了“海鳐”波浪滑翔器的最新研制进展,总结了研制过程中的部分关键技术,并根据波浪滑翔器在实际应用中存在的一些问题对其技术的发展方向进行了初步探讨。     

基于遥感和机器学习的内陆水体水深反演技术

文章主要根据机器学习算法（随机森林算法和极端梯度提升算法）和遥感水深反演的原理,利用Sentinel_2多光谱卫星数据和无人船实测水深数据,对内陆水体——梅州水库建立了随机森林（RF）、极端梯度提升（XGBoost）和支持向量机（SVM）水深反演模型,并对反演结果进行对比分析。结果表明：1）RF的训练精度为97%,测试精度为0.80;XGBoost模型的训练精度为97%,测试精度为0.79;SVM的训练精度为90%,测试精度为0.78。说明了在水深预测方面RF模型和XGBoost模型比SVM模型表现更好,对各个区段的水深值较为敏感。2）根据运行时间考察各个模型的效率,其中RF模型从读取数据至输出结果耗时3.92 s;XGBoost模型4.26 s;SVM模型6.66 s。因此,在反演精度和效率上RF模型优于XGBoost模型优于SVM模型,且RF模型的预测结果图细节更加丰富,轮廓更加分明;XGBoost模型次之,但总体效果也较好;SVM模型表现最差。由此可知,机器学习水深反演模型获得的水深结果精度明显提高,解决了传统水深反演模型精度不高的问题。     

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。     

美国无人潜航器反制措施研究现状

简要分析了无人潜航器反制措施的必要性,从探测分类、软杀伤对抗和硬杀伤对抗 3 个方面总结分析了美国无人潜航器反制措施研究现状。美国无人潜航器探测目前主要依靠反蛙人探测系统,但是反蛙人探测系统存在告警距离短、响应时间不足的问题。因此,美国海军寻求利用海洋哺乳动物和海洋生物探测和分类潜航器的方法。软杀伤对抗主要包括 UUV 捕获、欺骗、干扰及网络对抗;硬杀伤对抗主要介绍了通过超空泡子弹破坏、摧毁 UUV。     

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。