水面无人艇集群系统研究

针对具有未建模动态、外部环境干扰及未知集群参考信号的欠驱动无人船（USV）集群跟踪问题,研究USV集群运动决策机制并提出有限时间集群跟踪控制方法。

首先,利用Lyapunov函数和人工势函数,结合集群虚拟参考船位置信息,构造速度导引的集群运动决策策略;然后,设计有限时间集总不确定观测器（FLUO）,对速度误差方程中包含的未知信息予以补偿;最后,设计基于FLUO的非奇异终端滑模（NTSM）集群跟踪控制方法（FLUO−NTSM）。

通过理论分析和仿真试验,证明系统在有限时间内稳定。

基于所提集群运动决策策略和FLUO−NTSM跟踪控制方法,USV可保持群集并实现精准路径跟踪。

     

水面无人艇集群系统研究

  目的  为解决复杂扰动下的领航—跟随水面无人艇（USV）编队控制问题,提出一种固定时间控制（FTC）方法。  方法  针对跟踪控制子系统,设计一种基于积分滑模的固定时间跟踪控制（IMS-FTC）策略;针对编队控制子系统,设计一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制（FDO-FFC）策略;基于 Lyapunov稳定性理论证明所设计的编队控制方法的整体稳定性。  结果  采用经典CyberShip II试验模型进行仿真研究,结果显示所设计的控制方案能够有效提高领航—跟随USV编队系统的精确性和鲁棒性。  结论  研究成果可为无人艇编队控制系统设计提供先进的技术手段。     

无人水面艇导航技术研究

无人水面艇是能够自主航行的无人水上航行器,在海洋勘探、海上救援和海上运输等领域具有重要意义,其海上自主航行的关键是自主航行与导航技术。无人水面艇导航技术主要包括单一导航方式和组合导航方式2类。本文以卫星导航、惯性导航及组合导航方式的无人水面艇导航技术为基础,对比不同导航技术的特点,总结无人水面艇导航技术发展趋势。     

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。     

通信受限情况下的无人水面艇集群复合任务分配算法

远海环境通信条件受限,造成无人水面艇(USV)集群协同作业时面临局部失联所带来的执行任务失败风险。针对USV集群动态协同探测打击场景下的任务分配网络通信问题,本文研究在任务完成规则明确的各种合作约束下,将异构复合任务分配给具有不同能力无人艇的分布式任务分配方法,提出一种基于局部子网络的复合任务分配算法（BLSA）,对本地复合任务进行分解,并通过网络消息传递步数,限制网络通信,形成局部子网络,在子网络中对本地复合子任务进行分配。仿真实验表明,基于局部子网络的复合任务分配算法在保持共识捆绑算法的稳健收敛特性前提下,拓展了任务类型,并且限制网络通信的情况下,仍然可以产生与完全通信近似等同的解决方案,同时还能提高收敛的速度,减少整个网络的通信需求。     

水面无人艇路径控制技术

水面无人艇受风、浪、流的影响,因此对航行安全至关重要的实艇运动路径控制方法变得十分复杂。本文选取改造后的7 m小艇进行操纵性试验,测定操纵相关系数。基于实艇试验和数值仿真计算的结果,结合风、浪、流干扰模型,建立一套水面无人艇路径控制方法。最后进行了相应的实艇试验,验证了本文方法的有效性。     

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…     

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。     

水面无人艇的模糊建模方法研究

近年来,水面无人艇技术发展迅速,在军事侦察、武装保护等方面发挥显著作用,已成为水面反恐的重要方式之一。然而,水面无人艇航行在线性度、耦合性上存在较大的缺陷,高精度控制方式实现复杂。为实现水面无人艇航行的高精度、高准确度控制,本文将神经网络和模糊技术相结合,提出一种基于神经网络的模糊建模方法,对系统模型进行仿真可知,水面无人艇的模糊建模方法有效,且能够实现对无人艇航行的精确控制,具有进一步推广应用的潜力。     

某型无人艇综合健康管理系统分析

[目的]为确保无人艇(USV)航行安全,降低维修保障费用,推行高效的维修保障模式,开展无人艇综合健康管理(IVHM)系统分析.[方法]根据某型无人艇的功能结构,对若干关键设备和船体展开故障模式、影响及危害度分析(FMECA);基于运维需要,分析无人艇IVHM系统的功能需求,以设计其系统框架,并提出设计该系统所需的关键技...     

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。     

无人机着舰纵向控制系统研究

在通信控制技术快速发展背景下,为在局部战争中能够占据优势地位,有必要研发毁伤力与机动能力较强的信息化平台。其中,海军信息化平台具体指的是参与到海上战争的舰艇与空中飞行器,是重要的作战资源载体,装设了多种系统,同样也涵盖了大量指挥作战人员。无人机搭载装舰的应用,为舰艇与海上编队提供了感知能力较强的战斗平台,风险系数明显下降。最重要的是,无人机着舰控制系统和舰载有人机回收系统的硬件设备以及支持软件相同,能够形成整体系统,对网络系统信息资源以及兵力资源有效共享。本文将以无人机着舰为例,重点探讨其纵向控制系统,以不断优化无人机着舰的功能。     

倾转四旋翼跨介质飞行器水面垂直起飞策略研究

针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了水面垂直起飞流程以及切换控制策略,等效提高了跨介质飞行器近水面推重比,并进一步增强了倾转四旋翼跨介质...     

水面无人艇发展与应用

无人水面艇（USV）是当前无人系统研究的热点领域之一,由于USV收放技术涉及到回收引导、对接、挂脱钩等难点而成为目前的前沿研究课题。通过收集整理国内外现有及在研USV的收放技术要点,归纳出USV收放操作过程通常采用吊放式、艉滑道式、坞舱式3种收放装置。在此基础上,从设备配置、空间需求、波浪影响、母船航速、适应海况、操作情况和收放耗时等方面,分别对上述3种USV收放技术进行对比分析,得出艉滑道式收放技术更适合于USV收放需要的结论。同时,指出当前USV及其收放装置在实现自主收放时需要开展的实用化研究方向,期望能对USV及其收放技术的发展起到一定的指导作用。