智能无人艇研究现状及关键问题发展趋势

详细调研无人艇的发展现状,分析其走向自主智能化的现实瓶颈,并揭示无人艇平台的缺失及智能博弈对抗能力差这2个制约智能无人艇落地的根本问题。针对这2个问题,结合数字孪生技术,给出水面无人艇群体智能研究平台设计方案,同时也提出对基于深度学习的多智能体博弈对抗的相关可行性设想,为实现无人艇在复杂海洋环境下的自主航行、群体决策和博弈对抗等目标打开新思路,有望为我国智能无人艇的工程实践落地提供技术支持。     

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。     

一种面向科研实验的无人艇

为对无人艇的相关技术进行实船验证研究,在分析科研试验对无人艇系统需求的基础上,设计和实现一种基于以太网的分布式无人艇系统。该系统利用微控制器实现对传感器数据和设备数据的分布式处理,并通过以太网交换机组建数据交换局域网;利用开源通信协议和开源库对系统软件进行开发;详细介绍无人艇系统的具体设计和实现过程。系统测试和实船试验结果表明,所设计和实现的无人艇系统工作稳定,能较好地完成指定任务。     

一种虚实结合的船舶压缩空气操作训练系统设计

针对航运院校采用真实船舶动力设备系统操作训练存在占地面积大、成本高且缺少实船环境的缺点,本文以船舶压缩空气系统为例设计出一种虚实结实的动力设备操作训练系统,建立了压缩空气系统的三维实体模型和设备的数学模型,通过Unity3D实现了船舶压缩空气系统的场景漫游和虚拟操作功能,采用PLC控制技术实现了空压机组的控制功能,解决了PLC控制器与Unity3D之间数据交互问题,最终实现了通过实物控制箱控制虚拟的空压机组的目的。     

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。     

无人艇PHM系统体系结构研究

随着无人艇的系统复杂性和智能化程度不断提高,以及工作环境复杂等因素,设备故障率不断升高,且故障发生后无法及时进行人工修复。无人艇PHM系统强调基于状态的早期故障预测和跨子系统智能推理,对无人艇的健康状态进行实时评估和管理,为其维修保障提供决策支持。论文研究了无人艇PHM系统体系结构及其关键技术,提出一种无人艇PHM系统顶层设计方案,建立了PHM系统逻辑结构及方法库,并以无人艇电力系统为例进行了实例分析。分析表明:PHM系统能够有效降低故障发生概率,提高任务成功率,对提高无人艇的可靠性和安全性具有实际意义。     

无人艇的研究现状与进展

随着无人技术在海洋平台上的运用,无人艇展现出了巨大的应用前景。本文介绍了国内外无人艇研发进展情况,总结了目前无人艇的艇型、动力、材料、控制、运用特点,指出了无人艇开发过程中的关键理论与技术难点,为下一步更加深入地研究提供参考。     

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。     

基于RTK-GPS导航的燃料电池动力无人艇方案研究

为提高整体质量体积功率密度,延长无人艇续航时间和精确定位,利用风冷氢空燃料电池作为主要动力源,以RTK-GPS系统作为定位导航方案,设计了一种结构简单无污染排放的燃料电池无人艇方案,通过样机实验,基本完成方案设计目标.     

一种面向多任务应用的无人水面艇

无人水面艇为海洋开发和航运发展提供了一种在危险情况下代替人工进行作业的安全途径。文章介绍了一种面向多任务应用无人水面艇,在简述无人水面艇结构和主要性能的基础上,进行了一系列应用实验,包括港口监控、水质采样、水文勘察、海事搜救。实验表明该无人水面艇在上述领域具有较好的应用前景。     

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。     

水面无人艇动态避碰策略研究

针对水面无人艇局部路径规划的局限性,本文提出基于水面无人艇操纵运动模型的动态智能避碰,根据海事规则将局面划分为对遇、交叉相遇以及追越3种局面,在MMG模型基础上,通过避碰模型改变USV的航速和航向,完成USV对动态障碍物的智能避碰.通过实验仿真表明,该方法有效地完成USV对动态障碍物的危险避碰,符合USV实际航行避碰操纵要求.     

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。

     

水面无人艇动态避碰策略研究

针对水面无人艇局部路径规划的局限性,本文提出基于水面无人艇操纵运动模型的动态智能避碰,根据海事规则将局面划分为对遇、交叉相遇以及追越3种局面,在MMG模型基础上,通过避碰模型改变USV的航速和航向,完成USV对动态障碍物的智能避碰。通过实验仿真表明,该方法有效地完成USV对动态障碍物的危险避碰,符合USV实际航行避碰操纵要求。     

无人艇海上综合测试评估试验场需求论证研究

无人艇作为一种智能化船舶,是船舶领域发展的一个方向,受到各国的广泛重视。目前虽已实现部分核心关键技术的突破和相关产品的研发,但还远未达到实艇全面应用的阶段。建设集多种功能于一身的海洋全要素综合试验场,是未来无人艇技术发展的必由之路。论文针对国内相关试验场试验测试研究不足、功能定位相对单一、海洋环境信息支持不足和健康管理与综合保障支持不足等问题,从科学观测、技术装备试验、方法研究和模式检验等相关目标图像出发,对试验场的试验海域、功能组成和技术架构等开展需求论证,初步明确试验场关键重要环节及相关功能、性能需求,为未来我国开展海上试验场建设提供顶层规划和方向指引。     

基于任务可靠度的无人艇可靠性评估方法研究

针对无人艇的任务可靠性评估问题,对有人艇与无人艇的差异进行分析,进一步明确无人艇的任务剖面和可靠性评估的关注要点,并给出任务可靠性评估的方法,为无人艇复杂任务场景及环境下高效、低成本的可靠性评估提供了理论基础和技术支撑。     

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。