无人艇PHM系统体系结构研究

随着无人艇的系统复杂性和智能化程度不断提高,以及工作环境复杂等因素,设备故障率不断升高,且故障发生后无法及时进行人工修复。无人艇PHM系统强调基于状态的早期故障预测和跨子系统智能推理,对无人艇的健康状态进行实时评估和管理,为其维修保障提供决策支持。论文研究了无人艇PHM系统体系结构及其关键技术,提出一种无人艇PHM系统顶层设计方案,建立了PHM系统逻辑结构及方法库,并以无人艇电力系统为例进行了实例分析。分析表明:PHM系统能够有效降低故障发生概率,提高任务成功率,对提高无人艇的可靠性和安全性具有实际意义。     

大型无人艇平台健康管理系统需求论证分析

大型无人艇具有大航程、长航时、高出动率的使用特点,平台系统作为其重要子系统,要求具有高任务可靠性和高维保效率。健康管理系统能够通过艇端在线状态监测、故障预测与诊断、自恢复与主动运维和岸端后勤保障辅助决策,在努力提高平台系统设备固有可靠性的同时,进一步提高其任务可靠性,是大型无人艇作战能力提升的有力保证。本文从大型无人艇总体需求出发,对平台健康管理系统需求开展论证分析,明确了系统功能组成,提出了系统架构设计原则和高可靠性设计要求,梳理了后续研发工作中需突破的关键核心技术,为后续大型无人艇平台健康管理系统相关技术的研究提供了规划指引和有益参考。     

基于区块链的无人艇编队协同通信技术应用研究

以无人艇为研究对象,引入当下热点的区块链技术并结合无人艇编队协同攻防作战场景,对编队协同通信需求及现有的不足进行分析,提出一种基于区块链的无人艇编队协同通信技术。利用区块链技术去中心化、不可篡改、亦追溯等特点,建立一种无人艇编队跨任务链架构,并对无人艇协同作战中的身份认证、信息交互、指挥与决策等应用场景开展流程设计,提高了编队信息传输的可靠性和准确性,为未来实现大规模的无人战场自治提供借鉴和参考。     

复合动力超长续航无人艇系统的设计与实现

为实现无人艇在海上追踪、搜救、巡逻、反潜等任务中的超长续航,避免因油料限制而被迫任务中断,设计了一套以风能、太阳能为动力的无人艇系统,利用风帆为无人艇推进,太阳能为船上电控设备提供电能。该系统由无人艇和岸基监控平台组成,无人艇可通过python开发的数据采集模块和算法模块实时采集环境数据、计算、生成并下达控制指令,在风区内可超长续航自主航行,实现全风向利用;岸基监控平台可实时监控无人艇状态,并进行自主/遥控模式切换。对系统进行了测试,通讯连接试验的可靠性高;无人艇航行试验验证了全风向自主航行的可行性,运行轨迹与仿真结果基本重合;太阳能供电分析理论上验证了风区超长续航的可实现性。     

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。     

复合动力超长续航无人艇系统的设计与实现

为实现无人艇在海上追踪、搜救、巡逻、反潜等任务中的超长续航,避免因油料限制而被迫任务中断,设计一套以风能和太阳能为动力的无人艇系统,利用风帆为无人艇推进,利用太阳能为船上电控设备提供电能。该系统由无人艇和岸基监控平台组成,无人艇可通过开发出的数据采集模块和算法模块实时采集环境数据,计算、生成并下达控制指令,在风区内超长续航自主航行,实现全风向利用;岸基监控平台可实时监控无人艇状态,并进行自主/遥控模式切换。对系统进行测试的结果表明通讯连接试验的可靠性高;无人艇航行试验验证了全风向自主航行的可行性,运行轨迹与仿真结果基本重合;太阳能供电分析理论上验证了风区超长续航的可实现性。     

无人艇通讯导航控制系统设计与实现

根据无人艇的特点及其对通讯导航控制的需求,定义了艇上设备间及无人艇与岸基控制软件间通信数据格式,研制了数据采集处理传输板卡,将艇上传感器、通信设备以及运动控制器组成统一的数据采集处理传输网络。根据无人艇的结构与运动特征,仿真验证了基于模糊PID无人艇运动控制方法的可行性与可靠性。搭载该通讯导航控制系统的无人艇经过多次下水试航,实测结果表明:所研制的通讯导航控制系统能够满足无人艇的通讯导航控制要求,具有稳定的通信导航功能,能够实现无人艇的自主巡航和自主避障,具有较好的可靠性和稳定性。     

水面无人艇任务规划系统分析

水面无人艇因具有速度快、机动性高、自主性强等特点,在军事上具有十分广阔的应用前景。水面无人艇能在非结构化的、不确定性的海洋环境下完成任务,任务规划系统是其发挥效能的重要环节,一定程度上标志着无人艇的智能水平。对任务规划系统概念、发展现状、类型划分等方面进行研究,结合水面无人艇平台特点,探讨无人艇任务规划系统的研究难点与特点,并针对典型任务下的任务规划系统进行分析研究,对水面无人艇任务规划系统未来应用的发展方向进行了展望。     

国外无人水面艇一瞥

一、美国海军无人水面艇就像其它所有新概念武器一样,美国在无人水面艇的开发方面也居世界领先地位。在过去几年间,美国海军对开发无人水面艇的投资已超过5亿美元,现已有多种型号在研制、实验和评估之中。◎“海上猫头鹰”无人水面艇“海上猫头鹰”是美国海军研究所于90年代初牵头开发的一种前线专用无人水面艇,也是美海军开发无人水面艇的首次尝试。“海上猫头鹰”全长3米,最大航速可达45节,续航力为10小时(12节航速)和24小时(5节艇速),吃水仅18厘米,可在近岸非常浅的水域活动,其主要任务是雷区侦察、浅海监视、海上拦截和保护港口码头周边…     

多无人艇协同区域警戒算法研究

水面无人艇因其成本低、速度快、体积小、运动灵活等优势,在军用和民用领域应用日益广泛,如何提高多无人艇在大范围水域协同警戒执行效率已成为该领域的研究重点。本文提出基于人工势场的多无人艇分布式算法,为多无人艇大区域巡逻警戒与跟踪监视问题提出解决方案,降低了无人艇受损后对任务执行产生的不利影响,也为多无人艇大范围水域灵活部署以及任务执行效率提高等应用提供参考。     

浅析深度学习在未来水面无人艇平台的应用

无人艇具有高智能、低成本、耐单调、可执行危险任务和不会造成人员伤亡等优点,在海事监管、地质调查、环境监测、军事任务和水文调查等领域均具有广阔的应用前景。然而,无人艇在如何适应复杂海洋环境和执行多元化任务方面,仍面临着诸多挑战。近年来,以深度学习为代表的人工智能技术迅速发展,并被应用于无人艇的研发中。论文从归纳无人艇自主化所需具备的能力入手,简要回顾了深度学习的代表性技术,阐述了深度学习在无人艇多源感知、智能分析、动态决策以及精准控制等方面的应用前景,同时也探讨了深度学习在应用于无人艇上所面临的挑战和难点,为无人艇智能化研究提供参考。     

无人船任务可靠度测试方法研究

无人船作为一种智能船舶,要评估其任务可靠度,必须具有配套的任务可靠度测试环境和方法。本文基于此目的,探索复杂任务场景和测试环境下开展无人船任务可靠度测试的解决方案,为无人船任务可靠度评估提供理论基础。     

无人艇动稳性试验与数值验证

海上高速无人艇具有十分重要的军事价值,能够完成监视、情报收集、侦察、扫雷、武装保护反潜和精确打击的任务。然而无人艇在执行任务时可能会应对恶劣的海况、多变的运动状态,对自主控制的无人艇而言,其安全性能存在巨大挑战。提高稳性性能,避免海上无人艇高航速状态下的倾覆,是其他功能得以实施的重要保证。本文设计并进行了无人艇高速横倾直航实验,通过对无人艇模型航行姿态、稳性的测量,调整、确定无人艇部分参数。对于无人艇的横倾直航实验进行数值验证,为总体布局优化的进一步探索提供依据。     

水面无人艇动力电力系统架构论证分析

水面无人艇是高度自主、高度智能化的无人化装备,动力电力系统是确保无人艇承担任务使命和正常运行的重要保障。论文分别以10吨级小型通用型无人艇、100吨级中型反潜型无人艇和500吨级大型攻击型无人艇为研究对象,对其动力电力系统的主要形式、系统组成及架构、设备配置以及关键战技指标等进行论证,为我国后续水面无人艇动力电力系统的发展提供参考。     

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。     

基于RTK的自主海水环境探测无人艇

为实现海水环境监测的无人化,设计了基于RTK的自主海水环境探测无人艇。系统主要由岸基控制显示单元、系统服务器、无人艇以及锂电池组组成。岸基控制显示单元用于和无人艇交互信息,系统服务器用于存储系统运行参数以及监测数据,无人艇实现自主巡航和具体测量任务。无人艇控制器使用的是基于STM32单片机的无人艇控制板,集成的设备有RTK、磁力计、多参数水质监测仪、单波束等。经过测试本系统可以安全可靠的按照预定轨迹运行,运行轨迹误差不超过0.8 m。     

水面无人艇自主导航与控制系统的设计与实现

水面无人艇具有体积小、速度快、运动灵活等特点,能用于执行军、民用领域的各种水上任务,如水质探测、海上搜救、军事侦察与反潜等。导航与控制系统是水面无人艇实现智能化航行的基础和关键技术。论文设计了一种小型无人艇自主导航与控制系统。该系统具备远程遥控和自主航行两种控制模式,能够实现目标点巡航和自主避碰规划。全局路径规划采用基于栅格地图的权值FMM方法,局部避碰采用基于VO模型的方法,航迹跟踪和运动控制部分采用了LOS视线法和PID控制算法。开发了无人艇导航与控制系统试验平台,在开阔水域下进行了航迹跟踪、自主避碰等试验,验证了系统的可靠性和有效性。     

基于模糊避障的无人艇控制系统的实现

自动避障是无人艇智能完成水面作业任务的一项能力。采用超声波测距传感器探测无人艇周围环境中的障碍物距离参数,GPS定位无人艇的当前位置,罗盘判断无人艇的偏航角,幵将这些作为模糊控制器的输入参数,提出一种基于模糊控制的实时避障算法,设计实现无人艇自主避障的功能。该算法通过MATLAB仿真,验证了模糊控制算法的有效性和可行性。     

一种面向科研实验的无人艇

为对无人艇的相关技术进行实船验证研究,在分析科研试验对无人艇系统需求的基础上,设计和实现一种基于以太网的分布式无人艇系统。该系统利用微控制器实现对传感器数据和设备数据的分布式处理,并通过以太网交换机组建数据交换局域网;利用开源通信协议和开源库对系统软件进行开发;详细介绍无人艇系统的具体设计和实现过程。系统测试和实船试验结果表明,所设计和实现的无人艇系统工作稳定,能较好地完成指定任务。     

无人智能测量艇系统设计与关键技术研究

无人智能测量艇体积小、吃水浅、行动灵活,非常适合代替大型有人测量船在大陆和岛礁岸线区域开展作业。文中在分析国内外现有无人智能测量艇发展概况的基础上,构建精海系列无人智能测量艇的总体结构和软硬件系统,对环境感知技术、自主避障技术、动力定位技术和陀螺减摇稳定技术等四大关键技术进行研究。通过外海航次试验,验证了精海系列无人智能测量艇的可靠性和实用性。最后对无人智能测量艇的未来发展方向做出了展望。