基于尾滑道的无人艇自主引导回收系统开发与验证

本文以某型7.6 m柴油动力小艇为研究对象,开展基于尾滑道的无人艇自主引导回收系统的设计与开发。该系统主要由无人艇端自动控制模块和母船端监控引导模块两大部分组成。在完成各功能模块研制的基础上,开展了无人艇上下位机通信、数据采集与传输、远程手动遥控、无人艇回转特性与速度特性以及无人艇自主引导回收模拟试验等相关测试。测试结果表明,系统具有较好的响应性、稳定性及无人艇操控性能,能较好地满足无人艇自主返航及引导回收的要求。本文研究为实现无人艇自主引导回收提供重要的基础保障。     

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。     

水面高速无人艇自主控制系统研究分析

水面高速无人艇具有小巧、隐蔽、智能等优点,因其部署机动性能佳、使用方便、优势众多,无论是军用还是民用,都能在极端环境中完成执行人员难以执行的任务。其自主控制系统是控制的核心,直接关系到任务完成得圆满与否,成为当今世界各国的研究热点。通过对自主控制内涵的定义,分析了研究现状和发展趋势,针对国际上对自主控制系统的研究热点,剖析其关键技术。结合我国的研究现状提出相应的应对策略建议。     

基于视觉伺服的欠驱动无人水面艇自主靠泊方法

无人水面艇在开阔水域的自主航行得到了广泛的应用,但由于码头结构复杂、船只较多等因素,目前无人水面艇的靠泊还是需要人工来完成,这已成为无人水面艇全自主作业的瓶颈问题。为此本文提出了一种基于视觉伺服的无人水面艇自主靠泊方法。首先,通过无人水面艇搭载的视觉系统采集泊位的场景,从中提取出泊位标志物并将其作为视觉跟踪的对象;然后,利用标志物图像和期望图像的几何参数计算出航向偏差角,通过标志物图像计算标志物和无人艇的位置关系并求得虚拟航线,进而得到偏航距离;最后,选取航向偏差角和偏航距离作为控制变量,控制器实时调整无人水面艇航向和航速使其驶向泊位,当标志物图像与期望图像的差值小于设定阈值时即停止自主靠泊任务。实船试验结果表明,在较小风浪条件下靠泊位置误差小于0.7m,航向误差小于12°。     

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。     

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。     

协同导航定位系统中无人艇导航数据的误差分析

本文以北斗导航系统为例,通过论述协同导航定位系统在航运中的应用,以无人艇为研究对象进行SLAM导航设计,探讨北斗导航系统在其导航数据中的误差情况,旨在初步了解如何更好地提升我国协同导航定位系统的定位功能及效率,并减少导航定位方法中的误差出现几率。     

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。     

基于北斗系统的水面无人艇在远洋地区定位性能分析

为了评估水面无人艇在远洋地区的卫星导航定位性能,从可见星数量、PDOP值以及定位精度等多个方面对BDS及其组合导航系统的定位效果进行分析。本文给出单点定位的数学模型与方法,结合GPS真实广播星历参数和BDS全星座仿真数据,对远洋地区的4个测站进行定位性能分析。结果表明,在南海海域BDS系统的GEO卫星长期可见,定位精度显著优于GPS系统,水平方向和高程方向分别可达2 m和4 m;在南极罗斯海海域BDS系统的GEO卫星和高仰角卫星不可见,水平方向和高程方向分别可达3 m和6 m,定位精度略优于GPS系统;GPS+BDS组合定位系统在4个测站能保证可观测卫星在20颗左右,不仅能够提高系统的可靠性,还大大提高了定位精度。     

无人水面艇航向航速协同控制方法

针对无人水面艇(USV)在未知干扰环境下的自主运动控制问题,研究基于模糊自适应算法的USV航向、航速协同控制方法。设计以航向角偏差量和直线距离偏差量为输入量,以及以舵角偏转控制量和油门开度控制量为输出量的模糊控制算法,并通过以航向角偏差率为输入量及以控制周期为输出量的自适应控制,使系统响应外部环境的变化。以抵达目标点的时间和舵角变化次数的加权最小值作为优化目标函数,分析论域、控制周期等参数对控制效果的影响。优化分析的结果表明:此方法在不同海面风、浪、流随机干扰的条件下,均能使无人艇抵达目标点,实现点对点的自主航行。     

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。     

水面无人艇单目视觉伺服自主控制研究综述

单目视觉伺服采用相机模仿人眼视觉功能,感知周围环境和测量运动状态,是提高无人艇航行感知与控制自主性的重要手段。首先,从基本原理出发,简述视觉伺服技术分类、相机透视投影原理和无人艇运动数学模型,为文献综述分析提供框架基础。然后,根据任务复杂度,依次综述单目视觉伺服在无人艇航向控制、镇定控制、轨迹跟踪控制和集群控制等典型应用场景下的研究进展和挑战。最后,系统性地总结无人艇单目视觉伺服自主控制的潜在研究方向和发展趋势。     

基于平方根容积卡尔曼滤波的水面无人艇导航定位算法

针对不含GPS/北斗等外部传感器的水面无人艇自主定位问题,论文提出一种基于平方根容积卡尔曼滤波(square-root cubature kalman filter, SCKF)的水面无人艇定位算法。该算法利用数值拟合获取的给定电机电压和水面无人艇稳态速度(U-u)的非线性函数关系,将其作为系统的观测方程,融合无人艇的线性状态方程实现导航定位。为提升定位精度,在SCKF的观测方程中引入低通滤波器。最后通过试验验证了算法的有效性。     

无人艇装备技术发展与作战运用探析

无人艇具有的巨大军事应用价值受到各国广泛关注。当前,关键技术的持续突破,试验验证的快速发展,作战概念的创新完善,正在全方位推动无人艇军事化运用的进程。本文聚焦无人艇技术发展与作战运用,分析其军事运用前景与典型作战概念,剖析关键技术发展现状与未来重点方向,并结合各国顶层发展战略规划,研判未来的发展趋势。