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...     

智能无人机集群概念及主要发展趋势分析

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。     

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。     

海上无人集群智能算法测试训练系统设计研究

海上无人系统集群是未来任务效能发挥的重要保障。目前海上无人装备仿真测试主要集中于对单体感知、决策以及控制算法的测试,尚无海上无人系统集群算法的评价指标体系及训练系统,制约了无人系统集群技术的发展。本文针对无人集群的协同感知、决策、控制算法设计了融合算法测试与训练功能于一体的半实物仿真系统,可提供海洋环境模拟、集群运动机理模拟、障碍物模拟,并通过接入各平台控制器对算法进行高效测试训练,达到优化算法参数的目的。通过半实物仿真试验及实装试验证明了本系统的有效性。     

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。     

海上无人装备跨域通信技术发展研究

针对海上无人装备跨域集群作战的任务要求,总结出无人装备由于缺少人员的实时操控,其通信呈现出网络化、服务化、自主化、抗干扰、设备小型化等特点。梳理了国外无人机、无人艇、无人潜航器等无人装备通信系统的发展现状,并以美军《2017-2042年无人系统综合路线图》为参照,重点分析了无人装备跨域通信未来的发展趋势。在此基础上,重点从互操作性、自主智能、安全保密、人机协作4个方面,提出要重点研究和突破的关键技术。     

水面无人艇集群系统研究

研制开发1套水面无人艇(USV)集群系统,使无人艇能够实现集群化运作。根据系统的功能需求,设计系统的整体架构,将整个系统划分为岸基基站子系统和无人艇子系统。基于模块化设计理念,再将子系统细分成各个模块,分别对各模块进行硬件选型与软件设计,使其有机的结合,建立具备多任务、长航时、高精度导航及较高智能化的集群系统。将系统运送至喻家湖湖区进行各项试验,实验结果表明,该水面无人艇集群系统具有良好的实时性、准确性与可靠性,能够满足集群化运作的要求。该系统的结构还可扩展至无人机、无人水下航行器等,对今后开展无人集群系统的协同化、智能化研究具有参考意义。     

海洋空间智能无人运载器技术发展展望

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。     

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...     

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。

     

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。     

海上无人系统集群发展现状及关键技术研究进展

针对欠驱动无人艇（USV）自主回收的需求,提出一种基于动态规划制导的跟踪控制方法。

在运动学层面,将平行接近制导（CB）与动态窗口算法（DWA）相结合,引导USV实现目标跟踪与动态避障;在动力学层面,针对模型参数及回收环境的不确定性,采用径向基函数神经网络（RBFNN）设计动力学滑模控制器,实现对制导输出的跟踪控制。随后,采用Lyapunov理论对系统的稳定性进行分析。

仿真结果表明,所提方法使USV具备了稳定跟踪性能,可有效规避回收过程中的动态障碍,并能自适应估计模型中的不确定因素和未知的环境干扰。

所提方法展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为USV在动态环境下的回收进行制导与目标跟踪提供参考。

     

水下无人航行器集群仿真试验系统设计与研究

本文提出一种水下无人航行器集群仿真试验系统的设计方法,在构建UUV平台仿真模型、目标模型、海洋环境模型、关键算法模型等的基础上,开展了UUV集群仿真系统架构、想定及任务规划、仿真运行流程、系统接口、系统部署方式等全系统、全流程的UUV集群仿真试验系统设计。通过本系统方案设计研究,能为UUV集群仿真试验平台的开发提供有效支撑。     

无人潜航器装备技术发展及作战运用研究

提出无人潜航器基本作战概念,总结各军事强国发展现状,列举了推进动力、水下通信、水下导航、水下探测、布放回收、指挥控制等6大关键技术,并据此构想了情报侦察监视、反水雷/布雷作战、反潜作战、水下伏击作战、辅助有人平台作战等5种典型作战运用样式。最后展望了无人潜航器的未来发展趋势,对无人作战装备发展及战法研究提供借鉴参考。     

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。