水面无人船驱动电机远程控制系统设计与实现

针对智能航运时代背景下的船舶远程操纵与控制,本文设计一种面向水面无人船的驱动电机远程控制系统。系统以Arduino 2 560为中央控制器,涵盖中央控制模块、电机驱动模块、无线通信模块和岸基操控端。系统通过远程控制驱动电机,实现船舶前进、后退、左转、右转等运动状态的转换;通过GPRS实现无人船端与岸基操控端的无线通信。试验表明,本文设计的驱动电机远程控制系统操作方便,通信流流畅,运行稳定,能够用于无人船远程操纵和控制,为无人船的发展提供支持。     

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。     

多无人水面船分布式自适应协调跟踪控制

针对多无人水面船(Unmanned Surface Vessel, USV)协调轨迹跟踪控制问题,基于仅邻近USV可以通信的无向连通通信拓扑,提出分布式自适应协调跟踪控制。使用领航者跟随协调策略,引入虚拟领航者,考虑仅虚拟领航者已知期望轨迹和目标速度的情况,通过获取邻居的实时位置和速度信息,计算每艘USV在团队中的实时期望位置和速度,从而定义聚合跟踪误差。基于聚合跟踪误差建立轨迹跟踪误差系统数学模型,使用自适应项补偿外界环境干扰,提出分布式自适应协调跟踪控制算法。基于Lyapunov稳定性理论,论证聚合跟踪误差收敛,进而得到跟随者相对于期望位置的跟踪误差、速度误差均有界并渐进收敛到零,最后仿真验证理论结果。     

吊舱推进的小型水面无人船航迹控制系统设计

为解决适应内河通航环境的小型水面无人船(USV)航迹控制的快速性和鲁棒性问题,以小型水面无人船为研究对象,设计一种基于吊舱推进的USV航迹控制系统,该航迹控制系统由航迹控制器、航向控制器、转向操作机构、电罗经、D-GPS,以及角度检测传感器组成。其中航迹控制采用改进的LOS(Line of Sight)导航算法;航向控制器由两级模糊控制器构成,可同时满足大角度转向控制和小角度航向保持的性能要求。仿真和实船试验结果皆表明,该控制系统能够满足内河复杂通航条件下USV对航迹控制的要求。     

基于深度学习的水面无人船前方船只图像识别方法

建立基于图像识别系统的水面无人船感知平台,采集内河船舶图片数据库建立船只检测单层多尺度深度学习（Single Shot Multibox Detector,SSD）框架,通过使用预训练模型参数调优并微调分类框架实现较高的内河船舶检测准确度。试验结果表明,不同天气状况下的识别算法的查全率和查准率均能保持在70%以上     

基于深度学习的水面无人船前方船只图像识别方法

建立基于图像识别系统的水面无人船(USV)感知平台,采集内河船舶图片数据库建立船只单次多重检测(SSD)深度学习框架,通过使用预训练模型参数调优并微调分类框架实现较高的内河船舶检测准确度。试验结果表明,不同天气状况下的识别算法的查全率和查准率均能保持在70%以上。     

水面智能无人船在灯浮标维护中的应用研究

水面智能无人船是除无人机之外的又一项新型水上安全监测和系统维护的设备,水面智能无人船的合理应用可实现灯浮标的维护。本文首先介绍了水面智能无人船及其应用优势,在其基础上,分析了水面智能无人船在灯浮标维护工作中的具体应用。     

浅谈水面智能无人船在灯浮标维护中的应用

本文简要介绍了灯浮标维护的现状,阐述了水面智能无人船在灯浮标巡检中需要的技术要求及实际应用,描述了新方法相对于常规方法的优势。     

基于无人水面艇感知网的目标船航迹关联与数据融合

针对现有无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle,USV）在航行过程中感知周围航行目标时出现的数据源单一、数据延迟、数据丢失等问题,提出一种基于USV搭载的航海雷达和全球定位系统（GPS）数据源的USV海上航行目标感知数据融合方法。基于最小误差法提出雷达原始图像数据解析算法,并采用数据剔除、时间空间统一方法完成对目标数据预处理,构建基于欧氏距离和马氏距离的航迹关联算法模型、基于层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）和专家评价法的融合数据权重分配模型。同时,开展USV试验研究,验证整体融合方法。结果表明,目标原始数据预处理方法合理可靠,融合算法稳定可信,可为USV海上航行目标感知、安全航行及快速避碰提供技术和算法支持。     

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。     

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。     

基于Pixhawk开源飞控项目的无人艇开发

针对Pixhawk开源项目的特点,开发一型基于开源飞控的无人艇平台。首先围绕Pixhawk项目的特点,从硬件框架、软件框架以及MAVLink通信协议3个方面对其进行介绍。通过相关的实船试验,验证了所开发无人艇平台的可行性及有效性。     

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。     

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。     

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。     

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。

     

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...