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。     

国外无人艇技术发展及电磁作战应用研究

对国外无人艇技术发展进行了归纳分析,重点关注无人艇电子战系统技术应用研究。在此基础上,结合信息化战争条件下的海上联合电磁频谱作战需求和无人艇平台应用特点,对未来发展进行了分析和提出建议。     

水面无人艇智能化技术的发展现状和趋势

随着人工智能技术的快速发展,水面无人艇在海上巡逻安防、反水雷作战以及反潜作战等领域中扮演日益重要的角色。其中,智能化技术作为水面无人艇的核心技术之一,受到广泛关注。论文对国外水面无人艇的发展现状进行调研,分析智能化技术对无人艇发展的影响。阐述水面无人艇智能化的关键技术,包括智能环境感知、智能目标分析、智能路径规划、智能编队控制等,并对智能化水面无人艇的作战应用进行展望。     

国外军用无人水面艇发展综述

随着信息化、智能化技术的快速发展,无人化装备开始登上战争的舞台。美俄等军事强国近年来不断在中东地区投入军用无人机、无人车等先进装备开展作战,已经预示着现代战争的游戏规则正在逐步改变、无人作战时代即将到来。军用无人水面艇(USV)作为未来海上无人化装备发展的重要方向,正在受到越来越多国家的高度关注,成为各国争相研制的"热点"兵器。本文从军用无人水面艇国外发展现状出发,简要分析了国际市场规模及其特点,指出制约当前发展的几大关键技术,对典型作战需求和场景进行了梳理,以期为今后军用无人水面艇技术发展方向和应用模式提供有益参考。     

无人艇高度雷达波隐身探讨

无人艇高度雷达波隐身是其综合生命力的重要支撑,同时其雷达隐身实施复杂程度远低于大型舰艇,仅从外形隐身设计、隐身材料应用两方面开展无人艇雷达波隐身控制,即可实现无人艇的高度雷达波隐身要求。本文从高度雷达波隐身无人艇面临的雷达波隐身威胁、隐身关键技术、隐身适用性三方面开展探讨,为无人艇雷达波隐身需求研究、隐身性能实现、隐身作战研究提供参考。     

无人艇在边海防作战保障中的应用研究

边海防水域具有线长面广、环境恶劣复杂、突发事件层出、局部争端频现等特点,长期以来是管控的重难点之一,研制边海防无人艇是未来发展的重要方向。分析了国内外无人艇研究现状,根据边海防水域环境特点和管控任务,论证了边海防无人艇的多样化任务应用需求和总体发展趋势。在此基础上,提出了边海防无人艇初步建设设想,并针对具体使用实际从总体设计、环境感知、模块化载荷、安全防护等方面指出关键技术攻关方向,为推进实装应用进程提供有利参考。     

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。     

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。     

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。     

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。

     

水面无人艇路径规划的现状与挑战

近年来,随着人工智能技术的发展,水面无人艇（USV）成为了海洋工程的研究热点,而路径规划问题一直都是无人船艇智能化进程中的一项关键技术。文章首先介绍了现有路径规划的环境建模方法,并对比了各种方法的特点。根据无人艇对环境信息的获取程度,分别从全局路径规划、局部路径规划、近程反应式危险规避和运动规划等4个维度综述了路径规划方面的最新研究成果,总结了学术界对各种算法改进的切入点。最后探讨了当前无人艇路径规划领域面临的挑战和研究重点,未来对USV路径规划研究应该在实际海况数据的利用、控制器协同、COLREGS的融合、复杂海况的规避、碰撞危险评估模型的完善、路径评价体系的建立等方面重点开展。     

无人艇远程优化服务平台设计

针对各类无人艇新艇型优化设计系统相对独立、设计信息相对封闭、设计周期长、成本高及缺乏综合集成平台等一系列问题,本文提出一种基于互联网的无人艇远程优化服务平台。以一种水面无人翼滑艇为研究对象,综合考虑无人艇快速性、操纵性、耐波性及抗倾覆性,结合约束条件,建立航行性能的无人艇艇型综合优化数学模型,并基于Visual Studio平台构建1套水面无人艇综合优化服务平台。采用打包工具将平台制作成可供安装的客户端应用程序,通过远程控制软件和网站发布的形式实现服务平台的远程应用。经测试,无人艇远程优化服务平台可靠性良好,计算结果稳定,计算结果文件传输方式可靠。可有效缩短新船研发与设计周期,降低设计成本。     

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。