水面无人艇系统的设计实现与未来展望

水面无人艇是一种具有自主航行与路径规划能力,可搭载不同任务载荷,并且能够完成设定任务的水面舰艇。具有航速高、智能化、机动性强、无人员操控等优点,被广泛应用于海洋空间资源探测、海底测绘、应急救援、情报收集、反潜反水雷等任务。由于无人艇上的各类应用必须依附于无人艇系统完成,因此要求无人艇必须具有完备而先进的系统。本文将从系统设计的角度,对水面无人艇系统的设计实现与未来展望进行论述。     

水面无人艇艇群技术发展概述

本文分析水面无人艇艇群军事行动需求、国外军事应用的技术现状、与其他无人系统集群技术异同点,重点提出了水面无人艇艇群控制系统总体架构、水面无人艇艇群队形自协同控制技术、基于认知智能的水面无人艇艇群智能决策体系、高度人机协同作业等方面水面无人艇艇群关键技术,对水面无人艇艇群技术研究和发展具有一定借鉴意义。     

基于自适应反步滑模的水面无人艇集群控制

[目的]针对多艘欠驱动水面无人艇组成的集群系统控制问题,研究虚拟结构法的控制策略。[方法]首先,将集群控制问题转化成无人艇与虚拟结构之间位姿跟踪误差的镇定问题,通过改变虚拟结构的几何形状,实现集群的队形变换。然后,将集群控制器的设计分为运动学和动力学2个部分,充分考虑不确定干扰,设计欠驱动水面无人艇集群的自适应反步滑模控制器,基于李雅普诺夫理论证明闭环系统的稳定性。最后,采取直、曲线航迹航行,开展集群队形变换等仿真试验。[结果]仿真结果表明,无人艇集群的协同运作效果显著,队形变换流畅,且能够自适应应对各种不确定干扰。[结论]集群系统展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为后续实艇试验奠定理论基础。     

多无人艇集群协同控制研究进展与未来趋势

当前,海洋航行器呈现智能化、网络化、集群化等重要发展趋势,多无人艇通过协同实现集群化作业,是未来海洋作业的主要形式之一。从无人艇运动数学模型出发,分析了多无人艇集群控制所面临的问题和挑战,根据多无人艇运动不同的场景,从轨迹导引、路径导引、目标导引3个方面综述了多无人艇集群协同控制的研究进展。最后,对多无人艇协同控制的研究方向和未来趋势进行了总结和展望。     

基于Citespace的水面无人艇路径规划与避障算法研究

水面无人艇作为一种机动灵活的水面自主平台,因其可在危险或极端环境下替代人执行水文勘察、巡逻搜救等任务,近年来引发了国内外研究热潮。路径规划与避障作为无人艇自主作业的前提,受到重点关注。本文利用科学计量软件Citespace对无人艇的路径规划与避障技术进行分析,系统总结水上无人艇的感知模块、路径规划与避障经典算法及新兴算法,并对该领域的未来发展进行展望。     

无人水面艇反潜战载荷分析

反潜型无人水面艇可以有效提高执行反潜任务的效费比,但无人水面艇反潜战载荷与传统作战平台的反潜任务系统相比有较大区别,无人水面艇反潜战载荷走向实用面临诸多问题。本文从无人水面艇反潜任务需求、反潜战载荷适装性、反潜战载荷集成方式和使用方式等方面对无人水面艇反潜战载荷进行了综合分析,可为反潜型无人水面艇以及无人水面艇反潜战载荷的设计和使用提供借鉴和参考。     

无人艇智能航路规划系统研究

近年来,随着人工智能等高新技术的发展,无人平台的发展日新月异,以无人水面艇为代表的无人平台受到国内外专家学者越来越多的关注。其中航路规划系统是实现无人艇正常航行和体现无人艇智能化的关键技术之一。目前大多数航路规划算法适用的场景主要为无人艇的自由航行,避碰能力单一,且未充分考虑无人艇自身欠驱动型以及机动能力的限制,很难满足复杂障碍环境下智能避碰的需求。本文设计基于分层规划的航路规划方案,提出多单元模块下的无人艇航路规划策略,并基于无人艇自身特性设计对应的轨迹规划单元。最后在GIS数据上,对所设计的智能航路规划系统进行仿真验证,实验结果验证系统的有效性和实用性。     

基于几何力学的水面无人艇艇群控制技术

本文介绍美国水面无人艇艇群技术发展现状提出水面无人艇艇群系统发展需求,分析基于几何力学的水面无人艇艇群控制总体架构与方法。该方法具有无坐标选取的奇异性、可利用对称性进行约化降维等优势,有效降低复杂刚体运动系统维度,解决了面向多节点、复杂不确定干扰环境的水面无人艇艇群的复杂非线性系统控制问题,对水面无人艇艇群协同控制技术研究和发展具有一定借鉴和参考意义。     

海上无人系统集群发展现状及关键技术研究进展

海上无人系统集群作战正在从概念走向实装应用。着眼于海上无人系统集群作战任务的需要,总结无人机集群、水面无人艇集群、无人水下机器人集群和跨域无人系统集群的国内外发展现状,分析海上无人系统集群协同作战所需的关键技术,包括通信自组网、协同态势感知、任务分配、航迹规划、集群编队控制和虚拟测试等。系统性归纳海上无人系统集群所需各项技术的主要研究思路、代表性算法及相关算法的研究趋势,期望能够为海上无人系统集群技术研究提供有益的参考和借鉴。     

基于Arduino开发环境的无人艇控制系统设计

针对无人艇实体硬件开发较少、设计开发周期长且控制系统造价昂贵这一现状,设计一种无人艇控制系统。系统以Arduino为集成开发环境,整体涵盖电机驱动系统、环境感知系统、运动状态监测系统和通信系统。系统以At Mega 2560单片机为主控单元,集成电机驱动模块、超声波传感器模块、GPS模块、惯性导航模块以及GPRS模块,并完成集成电路设计与集成开发板的制作。通过对主控单元进行编程,结合自动路径规划算法和自动避障算法,无人艇可以完成自主运动控制和对周围环境的智能感知,且无人艇船载设备端与网络控制端之间可以进行实时交互,具有无线网络通信功能。最终实现一种低成本、高效率的无人艇控制系统设计方案,具有实际工程应用价值。