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。     

水面船舶运动姿态对声散射特性的影响北大核心CSCD

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计

针对无人水面艇(Unmanned Surface Vessel, USV)航行状态监测及试航性能评估试验中的参数获取问题,设计一套USV航行状态监测系统。以物联网(Internet of Things, IoT)3层架构为基础,设计小尺寸、低功耗的监测方案。以多源传感器和STM32微控制器作为感知层,以远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)网关及LoRa终端作为数据远程传输途径,以传输控制协议(TCP)作为数据远程传输协议,以云平台作为系统应用层,实现数据采集、传输和应用功能。基于监测系统要求,在应用层设置阈值实现航行状态预警功能。对系统功能及性能进行测试,结果表明,系统横、纵摇精度为±0.02°RMS,风速为(0.2±0.03) m/s,风向为±2.5°,所有监测参数技术指标均符合要求,且丢包率在通信距离小于1.4 km时为1.5%,较传统方法降低约22%。该系统可为进一步完善USV航行状态监测提供技术支持。     

无人艇工程控制课程实践教学平台开发

针对在教学环节中存在的问题，利用计算机技术和工业软件开发无人艇工程控制课程实践教学平台。该平台可进行无人水面艇（Unmanned Surface Vessel，USV）建模及运动轨迹控制。针对USV物理参数的不确定性，根据运动学和动力学模型设计控制器，分析控制器参数对USV运动性能的影响规律。无人艇工程控制课程实践教学平台的建设应用可提升学生对USV的运动操控、故障判断及维护保养能力。     

基于大涡模拟的大型水面舰船复杂风场数值模拟

基于大涡模拟LES和雷诺时均N-S方程RANS对不同风舷角下的大型水面舰船风场进行数值模拟，并采用Isherwood经验公式对其风载荷进行计算。将数值模拟结果与经验公式进行对比，验证LES和RANS二者对大型水面舰船风载荷预报的适用性。同时，对比分析基于LES法与RANS法模拟得到的不同风舷角下大型水面舰船的风场特性。研究结果表明：采用数值模拟法能获得合理的数值预报结果，而Isherwood法在部分风舷角下的适应性较差；采用LES法和RANS法得到的表面风压、流线和速度场差异不大，而涡结构差异较大；LES法能较好地捕捉到大尺度漩涡破碎生成小尺度漩涡，而RANS法仅能捕捉到少量长条结构的大尺度漩涡和涡鼓包。     

改进的YOLOv3水面障碍物检测方法

为了提高无人艇在自主航行过程中对水面常见障碍物检测的精度，解决模型参数量较大、模型复杂难以应用于嵌入式设备的问题，提出一种改进的YOLOv3水面常见障碍物检测方法。使用K-means++算法对自建数据集进行聚类得到新的锚框参数，通过添加雨雾噪声的数据增强方法优化模型在复杂天气状况下的障碍物检测能力。针对模型参数量较大问题，使用深度可分离卷积和注意力机制模块重构特征提取网络中的残差结构。为了优化预测框的回归效果，引入SIo U损失函数，将预测框与真实框的方向角度作为损失之一，加快训练速度，提高推理的准确性。通过试验验证了改进后模型参数量缩减了44%，检测精度提高了5.19%，漏检率也有所降低，能有效进行水面障碍物的检测。     

一种面向复杂作战试验环境的水面舰艇作战效能评估方法北大核心CSCD

[目的]为了更合理地评估作战试验中水面舰艇的作战效能,面向复杂的战场环境,开展水面舰艇作战效能评估方法研究。[方法]首先,以作战试验项目设计及试验想定为牵引,分析舰艇平台作战试验项目的内容,研究复杂战场环境下作战对抗强度和电磁环境的量化分级标准;然后,提出一种基于复杂战场环境影响因子的作战效能评估改进方法,并以某型水面舰艇对空方面作战试验效能评估为例进行试验验证。[结果]结果显示,所提方法是有效的。[结论]该方法充分考虑了复杂战场环境对不同作战单元作战能力的影响,能解决舰艇作战效能评估方法中贴合复杂战场环境实际不足的问题,可为舰艇装备作战试验的工程实施提供参考。     

海上自主水面船规则及航海保障应对探讨

国际海事组织（IMO）在2017年召开的海上安全委员会第98届会议（MSC98）上提出了“海上自主水面船舶”（MASS）的概念，与之相应的法规、标准正在逐步建立之中。本文对MASS概念、分类分级综述，对国内外目前法规、标准编制状态进行阐述，提出了未来航海保障针对MASS规则发展应对建议。     

无人水面艇模糊自抗扰路径跟踪控制的研究与验证

针对无人水面艇路径跟踪的精确控制问题，进行路径跟踪控制的研究。根据需求构建合适的无人水面艇运动数学模型，利用自抗扰控制算法，设计路径跟踪控制器，考虑到自抗扰控制中参数较为繁杂且整定不易的特点，结合模糊控制理论设计模糊自抗扰路径跟踪控制器。以大连海事大学“蓝信”号无人艇为研究对象，针对所设计的2种控制器进行MATLAB仿真试验，并使用“蓝信”号无人艇在大连星海湾大桥外海域进行实船验证试验，通过对仿真结果和试验结果的分析与对比，验证了所设计方法的可行性和有效性。