海上无人集群发展及技术体系研究

跨域联合的海上无人集群系统作为改变未来海洋战场的颠覆性技术装备,将加速推动作战模式的衍变,进一步提升作战效能和效费比。本文概括无人机、无人艇和无人潜航器集群的技术现状,总结了海上无人集群系统攻击、反潜、反水雷3种作战应用模式,梳理了跨域无人集群系统的研制关键技术,并对未来无人装备技术体系的发展提出建议。     

舰载无人艇作战运用模式及关键技术

随着舰载无人艇技术的逐步成熟,研究其在现代海上作战中的运用,是完善未来海上作战理论的重要依据。本文分析舰载无人艇实现抵近侦察、满足饱和攻击和降低有生力量伤亡的作战需求,从海上作战攻和防两个角度出发,研究舰载无人艇集群攻击式、分布攻防式和弹性防御式3种作战运用模式。同时,为适应未来海上高强度作战节奏,提出舰载无人艇艇型设计、自主规划与控制和布放与回收等关键技术,为舰载无人艇装备的发展提供重要技术支撑。     

Analysis of characteristics of foreign unmanned surface vehicle swarm combat application and proposed countermeasures北大核心CSCD

无人船(USV)集群作为未来海上军事运用的重要组成力量,是各国海上无人装备的重要发展方向。首先,通过梳理总结当前国外无人船集群发展战略规划与运用现状,对无人船集群作战关键技术进行归纳分析,从集群自组网通信、战场态势感知、集群协同任务分配等3个方面剖析无人船集群相关技术的研究进展;然后,对无人船集群在军事上运用的典型样式和主要效益进行分析及研判;最后,总结分析当前应对无人船集群的难点,并对无人船集群应对的技术发展予以展望。     

无人集群系统火力协同控制体系

针对未来无人系统在信息化作战条件发展需求,为解决无人集群体系化协同感知与火力打击等作战问题,研究提出多无人平台的火力协同控制体系结构、协同要素、协同指挥机制及任务模式,分析构建无人分散部署、分布协同、可快速重构的海上分布式火力协同控制体系,可为无人装备发展提供借鉴。     

海上协同作战模式及关键技术

随着科学技术的发展,海上作战样式相较以前发生了巨大改变。本文分析分散部署、攻击灵活,聚优集火、瘫痪核心,动态重构、联合制胜的海上作战制胜机理,研究有人舰艇编队、有人舰艇与多无人舰艇、无人舰艇集群3种协同作战模式,提出传感器组网、多源信息融合、目标威胁评估等关键技术,为深入研究和完善海上作战理论奠定重要基础。     

美国海军无人航行器装备技术及应用研究

美国海上战略的演变不断推动着水下无人系统装备及技术的发展,水下无人航行器成为其水下战装备发展中心。但由于水下作战空间受制于水介质特性,战场环境难以透明化、作战对象难以清晰判断、通信难以实时高速,为水下航行器技术发展及应用带来困难。本文通过对美海军无人航行器装备及技术发展现状、应用模式与作战影响及未来发展进行研究,为国内相关装备技术发展提供参考。     

基于分布式概念的水下无人作战系统发展研究

海上分布式作战是利用海上有人无人平台组成的具备部署分散、信息联通、指控智能、火力集中的作战体系,以较低成本消耗/牵制敌作战力量,对敌形成“非对称”优势。美国是分布式作战概念的提出者及引领者,将其视为应对未来可能发生的大国战争的制胜关键,大力支持DARPA积极开展水下无人平台研制、水下无人体系构建及水下有人无人协同指控等项目。本文以促进水下体系构建、形成有人无人联合作战能力为目标,分析国外典型项目、典型作战模式,总结国外水下无人系统及有人无人协同应用发展趋势,探讨分布式作战概念下的水下有人无人作战新模式,可为水下体系发展及装备研制提供借鉴。     

基于动态非线性滑动模态的USV直线航迹控制的研究

随着战争方式的不断创新,无人作战系统逐渐成为发展的趋势,水面无人艇(USV)是其重要分支,得到越来越多的重视,其中,航迹控制是USV的核心。USV是一个具有不确定性的运行系统,由于海上环境的复杂性,使得USV控制非常困难。本文研究动态非线性滑动模态算法,提出了相应的USV直线航迹控制算法,该算法能够确保USV按照预定航线航行。     

军用无人水面航行器协同自治及控制设计

军用无人水面航行器(USV)用于执行包括反水雷、反潜作战、海上安保、海上作战、特种作战支援、电子战和海上拦截作战支持等7个主要任务使命,通过提升军用USV平台的战术协同自治和控制能力,可以最大限度地减少作战人员配备,降低USV平台的带宽要求,实现更快、更同步的协同控制和机动。军用USV战术协同自治和控制研究涉及到系统工程、控制技术和信息技术等多门学科的深度融合,代表了航海科学与技术的前沿研究领域和未来发展方向。文章改进了军用USV的协同自治和控制系统架构,包括感知及协同系统、引导系统、控制系统、执行机构等组成部分,并对其基本原理和要求进行了详细阐述。     

美国水下机动无人系统能力发展新构想

美军试图通过大力发展以机动无人系统为主体的水下战无人装备,加强前沿水下无人系统预置,全力推进水下无人区域机动预警探测系统布建,重点攻关水下自主通信组网、自主协同、自主探测预警等先进技术,打造新型水下作战体系能力。本文通过解读美军近年发布的《未来海军》、海上项目增补计划、颠覆性技术领域发布的项目文件,及水下机动无人系统与技术新发展项目研发和试验中取得的一些成果,初探了未来机动无人系统能力的发展设想。     

多约束条件下无人艇和无人机集群协同航迹规划

[目的]为实现海上无人集群在执行任务过程中的安全航行和通信保持,开展无人艇(USV)和无人机(UAV)集群协同航迹规划问题的研究。[方法]采用禁入和禁出地理围栏进行场景建模,将规避威胁和障碍问题转化为地理围栏约束。针对平台之间的碰撞冲突和通信连接问题,提出基于时序检测的碰撞冲突和通信保持约束判断准则。以集群平均航行时间为航迹优化函数,将多约束条件转化为惩罚函数,采用自适应差分进化算法进行优化求解。[结果]仿真结果表明,所提方法能够在威胁和障碍环境中保持无人艇和无人机集群的安全航行和通信连接,并在满足多约束的条件下实现集群平均航行时间最短。[结论]该方法可用于海上无人集群面对威胁和障碍环境时的离线航迹规划,具有一定的应用价值。     

基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法研究

针对无人水下航行器作业环境的特殊性以及任务需求,为提高光视觉的定位精度,提出了一种基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法。该方法根据摄像机成像的特点,利用测距声纳与摄像机的几何关系设计水下目标定位算法。本文针对规则的水下目标进行定位算法设计,然后通过对水池试验采集的图像中的目标进行定位验证以及误差分析,证明了该定位系统具有较高的定位精度,满足水下作业的需求。     

有人机／无人机协同作战系统关键技术研究

无人机将是我国下一步要重点发展的武器装备,而无人机和有人机实施联合编队进行协同作战将是其典型作战方式之一。文章在深入阐述有人机／无人机协同作战基本概念的基础上,通过设定典型有人机／无人机协同作战想定,分析了有人机／无人机协同作战的系统基本组成和体系结构,研究了有人机／无人机协同作战的关键技术。文章的研究对有人机／无人机协同作战的发展具有一定的指导意义。     

无人机红外辐射特性数值模拟研究综述

无人机的红外辐射特性是无人机战场生存能力和作战效能的重要因素。通过对无人机红外辐射特性研究的综述与分析,总结了无人机红外辐射特性的特点、内容、要求和研究方法。     

海军舰载无人机的现状及其发展趋势

介绍了目前美国、以色列、加拿大等国的舰载无人机的发展现状、主要机型及其性能参数等，阐述了舰载无人机在现代海战中的作用以及未来的发展趋势。     

基于编队协同的UUV时敏打击效能研究

UUV(Unmanned Undersea Vehicle)作为一支独具特色的水下作战力量,正在成为一种新型作战平台,受到美国等世界各国海军的关注.针对UUV的具体使命任务,以"时敏打击"为目标,研究了UUV时敏打击的概念、方式、特点以及衡量UUV时敏打击效果的主要效能指标.重点围绕基于UUV编队协同这一核心内容,分析了编队协同对提高UUV时敏打击效能的重要作用.     

国外无人潜器最新进展

综述了国外无人潜器的最新进展,包括HROV最新海试情况、KAIKO ROV最新海试进展、ROV携带AUV进行协同作业、AUV的模块化、智能化、商业化发展及新型AUV-水下滑翔机的最新进展及海试情况。     

无人潜器光学引导回收技术的仿真研究

该文介绍了无人潜器UUV(UnmannedUnderwaterVehicle)光学引导回收技术方面最新的研究结果 ,提出了回收过程的光学引导系统的模型 ,给出了不同光源配置条件下的光学引导系统仿真结果及其精确性和可靠性。这些仿真结果也可以帮助建立一个光学引导和控制模式。     

Obstacle avoidance of unmanned ship swarm based on virtual navigator and improved Hooke's law北大核心CSCD

[目的]针对无人船集群规避障碍物的问题,提出一种基于虚拟领航者和改进胡克定律的弹性集群编队控制方法。[方法]首先,根据障碍物的长和宽得到其外接椭圆,按照长宽比向外扩展出虚拟碰障区、避障反应区、自由航行区,实现水面避障物模型的简化;其次,基于虚拟领航者和改进胡克定律,对编队各成员之间、各成员虚拟领航者之间的相对距离和速度予以约束,采用坐标形式设置编队队形,构建弹性编队模型,并基于障碍物的环形斥力场来实现单无人船的避障,以及在弹性集群编队的组织下实现无人船集群的避障;然后,通过优化处理无人船的航行过程,消除编队及避障过程中的“徘徊”和“振荡”等现象,使各无人船的运动更加平滑;最后,运用Matlab软件对由4艘无人船组成的集群编队进行仿真实验。[结果]实验结果表明,编队可成功绕过设置的所有障碍物,验证了所提方法的有效性和可行性。[结论]该方法可实现无人船集群对水面障碍物的规避,具备在一定复杂环境下的通过能力,可为无人船集群避障的应用及研究提供参考。