小型无人艇研究现状及关键技术

针对水面无人艇（USV）在干扰条件下航行稳定性差的问题,提出一种基于深度强化学习（DRL）算法的智能参数整定方法,以实现对USV在干扰情况下的有效控制。

首先,建立USV动力学模型,结合视线（LOS）法和PID控制器对USV进行航向控制;其次,引入DRL理论,设计智能体环境状态、动作和奖励函数在线调整PID参数;然后,针对深度确定性策略梯度 （DDPG）算法收敛速度慢和训练时容易出现局部最优的情况,提出改进DDPG算法,将原经验池分离为成功经验池和失败经验池;最后,设计自适应批次采样函数,优化经验池回放结构。

仿真实验表明,所改进的算法迅速收敛。同时,在训练后期条件下,基于改进DDPG算法控制器的横向误差和航向角偏差均显著减小,可更快地贴合期望路径后保持更稳定的路径跟踪。

改进后的DDPG算法显著降低了训练时间成本,不仅增强了智能体训练后期的稳态性能,还提高了路径跟踪精度。

     

小型无人艇研究现状及关键技术

小型无人艇具有功能多样、机动性强、隐蔽性好、航速高、使用成本低和使用风险小等特点,广泛应用于海上搜救、水文探测、港口安防、情报搜集、警戒巡逻和反潜反水雷等军民领域。国内外学者在自主控制和任务能力等方面对小型无人艇开展了大量研究。论文对国内外无人艇技术发展的现状作了简要阐述,对小型无人艇的应用场景进行了归纳总结,并针对沿海港口、岛礁周围附近海域以及外围海域的警戒能力需求,分析了小型无人艇的关键技术。     

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。     

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。     

智能无人艇研究现状及关键问题发展趋势

详细调研无人艇的发展现状,分析其走向自主智能化的现实瓶颈,并揭示无人艇平台的缺失及智能博弈对抗能力差这2个制约智能无人艇落地的根本问题。针对这2个问题,结合数字孪生技术,给出水面无人艇群体智能研究平台设计方案,同时也提出对基于深度学习的多智能体博弈对抗的相关可行性设想,为实现无人艇在复杂海洋环境下的自主航行、群体决策和博弈对抗等目标打开新思路,有望为我国智能无人艇的工程实践落地提供技术支持。     

小型无人艇集成控制系统设计与实验研究

针对传统无人艇控制系统集成度低、可靠性差、通信距离有限等问题和在运动控制中存在的艇身水动力系数不确定性,加上外界风浪流的干扰等非线性因素,设计开发了一种小型无人艇集成控制系统。首先详细阐述了该集成控制系统的硬件结构、软件工作模式、控制模型及运动控制算法,使用 Matlab/simulink工具箱进行速度、航向及深度的运动控制仿真实验。然后以自研的无人艇样机为实验对象进行下水实验。最终计算机仿真和实物下水试验结果表明,所设计的运动控制器不仅能实现艇上各传感器的数据采集与通信功能,下达和反馈运动控制指令的功能,也可以在一定外界干扰下跟踪运动控制中的期望目标,实现控制要求。     

小型无人艇集成控制系统设计与实验研究

针对传统无人艇控制系统集成度低、可靠性差、通信距离有限等问题和在运动控制中存在的艇身水动力系数不确定性,加上外界风浪流的干扰等非线性因素,设计开发了一种小型无人艇集成控制系统。首先详细阐述了该集成控制系统的硬件结构、软件工作模式、控制模型及运动控制算法,使用Matlab/simulink工具箱进行速度、航向及深度的运动控制仿真实验。然后以自研的无人艇样机为实验对象进行下水实验。最终计算机仿真和实物下水试验结果表明,所设计的运动控制器不仅能实现艇上各传感器的数据采集与通信功能,下达和反馈运动控制指令的功能,也可以在一定外界干扰下跟踪运动控制中的期望目标,实现控制要求。     

水面无人艇自主跟踪系统设计

基于国内的研究主要集中在单艇作业的系统设计及控制算法上,为了使无人艇能够实现自主跟踪领航船,与领航船实现多艇协同作业的功能,从系统体系构架、控制流程等方面分别对控制系统进行设计。试验结果显示:设计的跟踪系统能够实现自主跟踪的功能。     

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。     

基于智能控制技术的无人艇操纵性研究

利用仿人智能控制技术设计具有高度自适应性的无人艇操纵控制系统。首先阐述仿人智能控制的步骤,然后根据无人艇操纵的特点设计操纵控制级,得到以运动控制的模态控制集和运动控制级的推理规则集。最后将本文的仿人智能控制技术与S面自适应控制技术进行仿真对比,实验结果表明本文算法在无人艇操控方面灵活性高、适应性好。     

自适应无人艇测量系统架构设计与验证

目前,特殊水域测量需求扩大。为缓解传统测量船系统受劳动力、时间、水深及安全等因素的约束,需设计出具有自适应能力的高效无人智能水域测量系统,实现对水深、流速等水域参数的自动测量与标定。基于此目标,设计了一套基于PC/104和ARM微处理器的无人测量系统,通过对硬件系统和执行软件系统的设计和试验验证,证明系统在可移植性、可扩展性、模块化、通用接口化方面满足要求。系统的开发为未来水域资源的探测和开发提供了技术和设备支撑。     

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。     

小型无人艇用混合动力系统设计应用

提出一种结构紧凑、布置方便且适合小型无人艇配置的并联式混合动力系统,具有功率输出和功率输入等2种工作模式。通过电控-液压系统控制离合器和混合动力单元来实现柴油机推进与电机推进间的自由切换,可发挥2种动力推进的综合优势,具有操作性好、动力切换灵活、经济高效等优点。     

大尺度高速水下无人艇控制系统设计与试验验证

[目的]为了在三维空间宽航速段内实现大尺度高速水下无人艇(UUV)的路径跟踪,在考虑无人艇的试验动作要求、控制精度要求及水动力特性的情况下,设计了基于模糊控制理论的自适应制导方法。[方法]基于解耦控制方法,首先将水下无人艇的航行控制分解为航速、航向、纵倾和深度控制问题;然后分别设计积分分离比例—积分—微分控制器(PID控制器),并引入指令及状态滤波器,以改善该水下无人艇动态响应特性;最后,通过湖试验证水下无人艇在不同航速下的控制性能。[结果]结果表明,在6,9,13 kn等试验航速下,水下无人艇跟随目标路径和深度的误差均在合理范围内,验证了该控制体系及控制方法的有效性。[结论]所得结果对新一代试验艇的运动控制技术研究具有一定参考价值。     

多无人艇协同围捕智能逃跑目标方法研究

针对敌方船舶采用合围战术,研究我方无人艇（USV）被敌方船舶包围情况下的逃跑策略规划问题。

提出一种混合采样深度Q网络（HS-DQN）强化学习算法,逐步增加重要样本的回放频率,并保留一定的探索性,防止算法陷入局部最优。设计状态空间、动作空间和奖励函数,通过训练获得最优的USV逃跑策略,并从奖励值和逃脱成功率方面与DQN算法进行对比。

仿真结果表明,使用HS-DQN算法进行训练,逃脱成功率提高2%,算法的收敛速度提高了20%。

HS-DQN算法可以减少USV无效探索的次数,并加快算法的收敛速度,仿真实验验证了USV逃跑策略的有效性。

     

水面无人艇研究现状

智能无人系统具有运行效率高、可靠、低成本的特点,面对紧急救援、敌情侦察等危险场景,无人系统往往更具优势。近年来用于科研与军事的无人艇平台陆续出现。这类平台一般都具备环境感知、智能决策与通信的基本功能。如有特定作战需求,则还可搭载传感或武器装备。本文根据现有典型无人艇平台,总结无人艇系统的基本软硬件架构,包括传感、决策、通信等模块。然后,针对决策模块中的数据处理、路径规划与控制对现有技术进行回顾,并基于此提出一种能有效处理系统约束条件、实现一定系统性能优化的无人艇预测控制方法。最后,对未来战场上无人艇在海、陆、空敌情发现/作战中扮演的角色与功能需求做简要展望。     

无人艇的研究现状与进展

随着无人技术在海洋平台上的运用,无人艇展现出了巨大的应用前景。本文介绍了国内外无人艇研发进展情况,总结了目前无人艇的艇型、动力、材料、控制、运用特点,指出了无人艇开发过程中的关键理论与技术难点,为下一步更加深入地研究提供参考。     

海上无人装备关键技术与智能演进展望

近年来,海上无人装备技术发展迅速,尤其是人工智能技术的发展,使海上无人装备的功能以及性能有了极大的突破。为了明确人工智能技术在海上无人装备应用的研究方向以及演进路线,首先,对国内外海上无人装备技术的发展现状进行综述,随后,分析实现海上无人装备的关键技术。在此基础上对海上无人装备的智能化水平提出一套等级划分标准,并详细定义不同智能等级装备的作业能力以及特点。通过分析,明确了各级之间演进的关键技术。可为海上无人装备的发展路线提供理论基础。