無人水面艇
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-13
無人水面艇的實(shí)例教程
無人水面艇為無人駕駛水面船舶，由智能控制以達(dá)成自主駕駛，艇上配備先進(jìn)的武器系統(tǒng)、智能感知系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等。其完成使命后，通常需要回收到搭載平臺(tái)上，以補(bǔ)充能源、下載數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)和重新設(shè)置使命。其執(zhí)行任務(wù)適應(yīng)能力非常強(qiáng)，且相關(guān)的研究依然在不斷深入。
一、研究背景與意義
近些年來，海洋環(huán)境保護(hù)等問題甚囂塵上，而且各軍事大國對(duì)于經(jīng)略海洋亦十分重視。我國應(yīng)積極探究無人水面艇的相關(guān)技術(shù)，以推動(dòng)海洋開發(fā)，并保護(hù)海洋環(huán)境，同時(shí)保衛(wèi)海洋安全。提高收放過程的自動(dòng)化程度，減少高海況下人為操作不便等不利因素，可為任務(wù)成功提供更好的保障，對(duì)該技術(shù)展開研究分析十分必要。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
無人水面艇收放技術(shù)，是指在將其放置水面和回收到母船的過程，其十分重視快速性、安全性和高效性、可靠性。經(jīng)對(duì)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀分析，收放形式主要涵括了吊放式及滑道式2種收放型式，西方國家在該技術(shù)研究試驗(yàn)驗(yàn)證等方面領(lǐng)先于國內(nèi)。
展開 一、引言
水面無人艇（USV）是一種按照任務(wù)需求搭載各種不同的功能模塊，自主或者半自主完成一系列任務(wù)的具有一定智能性，可高速航行于水面的小型水面船艇。無人駕駛船最早見于20世紀(jì)五六十年代出現(xiàn)的靶艇或掃雷艇，但僅限于在有人平臺(tái)的遙控范圍內(nèi)進(jìn)行水面作業(yè)。隨著衛(wèi)星定位與通訊技術(shù)、自主導(dǎo)航技術(shù)以及智能規(guī)劃和控制技術(shù)的進(jìn)步，作為海面任務(wù)平臺(tái)的無人艇使用范圍已拓展至遠(yuǎn)海區(qū)域。水面無人艇還未大規(guī)模應(yīng)用，目前主要集中在海上測(cè)繪、海上監(jiān)視偵察、反水雷戰(zhàn)等領(lǐng)域。未來，隨著裝備智能化程度的提升，水面無人艇將逐步具備獨(dú)立或協(xié)同遂行反潛、反艦等作戰(zhàn)任務(wù)的能力，在海上作戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用。
二、國內(nèi)外水面無人艇發(fā)展現(xiàn)狀
目前，穩(wěn)步推進(jìn)水面無人艇研制的國家和地區(qū)主要包括美國、中國、俄羅斯、以色列、日本以及歐洲主要國家，趨向于發(fā)展反艦、反潛、反水雷和電子戰(zhàn)等能力于一體的多功能水面無人艇。
⒈國外發(fā)展現(xiàn)狀
美國海軍已經(jīng)研制并裝備了多個(gè)類型的水面無人艇，并針對(duì)未來發(fā)展制定了清晰的發(fā)展路線。“遙控獵雷系統(tǒng)”、“海狐”和“斯巴達(dá)偵察兵”已經(jīng)陸續(xù)服役，并積累了一定的無人艇使用經(jīng)驗(yàn)。
展開 一、引言
無人水面艇（USV）也稱為水面機(jī)器人，作為一種智能任務(wù)平臺(tái)，具有海上自主環(huán)境感知、認(rèn)知與行為能力，隨著船舶設(shè)計(jì)、自主導(dǎo)航、航行控制、無線通信和人工智能等專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，在國內(nèi)外逐漸進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，可承擔(dān)海洋資源探測(cè)、海洋環(huán)境調(diào)查、海洋運(yùn)輸、海上巡邏與搜救、反水雷與反潛、火力打擊等任務(wù)。美海軍的無人水面艇總體規(guī)劃了七類作戰(zhàn)使命：包括反水雷、反潛、海上安全、海面作戰(zhàn)、特種作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)和海上攔截作戰(zhàn)。目前美國、以色列、歐洲與日本等西方國家的無人水面艇技術(shù)水平較高，而國內(nèi)的無人水面艇研發(fā)與應(yīng)用尚處于起步階段。
水面靶標(biāo)為反艦武器海上飛行試驗(yàn)提供水面模擬艦船目標(biāo)，給反艦武器提供水面艦船的雷達(dá)散射特性、雷達(dá)輻射特性、紅外特性及以上復(fù)合特性模擬；同時(shí)為脫靶量測(cè)量、過靶實(shí)況等觀測(cè)裝備和各種艦載主被動(dòng)電子干擾裝備提供安裝平臺(tái)，完成反艦武器的過靶段的觀測(cè)任務(wù)和抗干擾性能考核。靶標(biāo)進(jìn)行海上試驗(yàn)保障時(shí)無人值守，其靶載設(shè)備的操作均為位于陸地遙控站或母艦上的操作人員遙控操作。水面靶標(biāo)使用時(shí)作為海面固定靶或者機(jī)動(dòng)靶使用，在機(jī)動(dòng)靶情況下為人工遙控航行。
二、無人水面艇在水面靶標(biāo)潛在應(yīng)用
由于海上使用環(huán)境的一致性以及工作時(shí)無人值守的共同特點(diǎn)，無人艇技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用于水面靶標(biāo)上有其先天的優(yōu)勢(shì)。特別是目前的水面機(jī)動(dòng)靶，實(shí)際上已具備無人水面艇的雛形，無人艇所具備的自主能力不僅適合于水面靶標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合和使用需求，而且可以彌補(bǔ)目前水面靶標(biāo)存在的很多不足。如圖1所示，利用無人艇相關(guān)技術(shù)提高水面靶標(biāo)的保障能力有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。
展開 朱健楠，虞夢(mèng)苓，楊益新
(西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院，陜西 西安 710072)
摘 要：無人水面艇因其機(jī)動(dòng)靈活，可替代人工進(jìn)行危險(xiǎn)領(lǐng)域作業(yè)等特點(diǎn)日益成為國內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。在水面無人駕駛技術(shù)體系中，感知技術(shù)是核心，而現(xiàn)階段國內(nèi)外對(duì)其感知技術(shù)的研究仍處于起步階段。本文梳理了無人艇的研發(fā)進(jìn)程，圍繞感知技術(shù)的3個(gè)方面關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與探討：基于水面無人艇的目標(biāo)檢測(cè)，主要包括面向避障的目標(biāo)檢測(cè)及面向作業(yè)的目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤、實(shí)時(shí)定位方法。最后考慮到無人艇感知技術(shù)在系統(tǒng)穩(wěn)定性及目標(biāo)檢測(cè)能力中面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)無人艇感知技術(shù)存在的不足和未來的發(fā)展趨勢(shì)做出展望。
關(guān)鍵詞：無人水面艇；感知；路徑規(guī)劃；目標(biāo)檢測(cè)；目標(biāo)跟蹤；導(dǎo)航；定位
由于無人駕駛的發(fā)展，近幾年無人車和無人機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景。與此同時(shí)，應(yīng)用于水面的無人艇(unmanned surface vehicles，USV)有望在未來代替人類發(fā)揮重要作用。近年來，無人艇被廣泛用于執(zhí)行多種軍事及非軍事任務(wù)，代替作業(yè)人員執(zhí)行危險(xiǎn)或耗時(shí)耗力的任務(wù)，在港口防護(hù)及艦船兵力保護(hù)、海上偵察監(jiān)視、反潛作戰(zhàn)、水上搜救、后勤補(bǔ)給、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水文采樣、海洋環(huán)境測(cè)繪、水域生態(tài)保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用，提高工作效能的同時(shí)也降低了作業(yè)人員的傷亡。
作為無人艇的創(chuàng)始者，以色列埃爾比特系統(tǒng)公司推出的“銀色馬林魚”具有劃時(shí)代的戰(zhàn)略意義[1]。隨后，無人艇SCOUT[2]、水面高速無人艇PROTECTOR[3]、測(cè)量雙體船海豚(MESSIN)[4]、無人艇ROBOAT[5]、無人艇JingHai-I[6]以及各種無人艇海上協(xié)議相繼推出[7]。近年來，各企業(yè)也陸續(xù)推出商用水面無人艇。Fraunhofer CML等8家機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展海上智能無人駕駛航行網(wǎng)絡(luò)(MUNIN)計(jì)劃[8]。日本29家單位聯(lián)合組織開展“智能船舶應(yīng)用平臺(tái)(SSAP1)”項(xiàng)目。
展開 一、引言
水面無人艇又稱USV，是一種具有自主航行與路徑規(guī)劃能力，可搭載不同任務(wù)載荷，能夠完成多種任務(wù)的水面艦艇。將人工智能運(yùn)用到水面無人艇上，可以極大地提升無人艇的自主能力。由于未來作戰(zhàn)模式的改變，無人裝備代替有人裝備執(zhí)行任務(wù)的必然趨勢(shì)將使無人艇在未來海上作戰(zhàn)系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，隨著無人艇技術(shù)的快速發(fā)展，無人艇必將更加智能化、規(guī)范化、集群化。水面無人艇編隊(duì)協(xié)同聯(lián)合作戰(zhàn)是未來海軍作戰(zhàn)的主流趨勢(shì)，人艇協(xié)同作業(yè)可以豐富海上行動(dòng)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、協(xié)調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間搭配、提升分布式探測(cè)與執(zhí)行的能力并且降低作業(yè)的耗損。
二、無人艇作戰(zhàn)的特點(diǎn)
水面無人艇作為一種新型的水面智能化、無人化作戰(zhàn)平臺(tái)，能夠執(zhí)行警戒巡邏、偵察監(jiān)視、反潛反水雷、海上救援和海上打擊等多種任務(wù)。具有工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、成本低、執(zhí)行任務(wù)過程中無人員傷亡的特點(diǎn)，能夠在危險(xiǎn)海域執(zhí)行任務(wù)并且可以有效地提高戰(zhàn)略要地和艦艇編隊(duì)的安全防護(hù)能力。因此，無人艇凸顯出巨大的軍事價(jià)值并將會(huì)在未來的海上作戰(zhàn)中發(fā)揮重要的作用。
水面無人艇區(qū)別于有人艦艇的最大特點(diǎn)是“人在環(huán)上，不在艇上”即操控人員在遠(yuǎn)離無人艇的地面或艦船上，對(duì)無人艇進(jìn)行更高級(jí)別的、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)上的指揮控制。但由于海洋環(huán)境復(fù)雜多變，要求無人艇在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能進(jìn)行有效分析、實(shí)時(shí)調(diào)整策略，并對(duì)任務(wù)執(zhí)行過程中遇到的突發(fā)事件有快速反應(yīng)的能力。
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3、“郊狼”巡飛彈的全自主“蜂群”合作技術(shù)很可能代表美軍彈藥“蜂群”技術(shù)水平
“郊狼”巡飛彈尚不具備全自主“蜂群”合作能力，該巡飛彈作為美海軍、空軍和陸軍大量后續(xù)活動(dòng)和計(jì)劃的基線，除“金帳汗國”項(xiàng)目外，自主性模塊還將轉(zhuǎn)化到美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的“遠(yuǎn)程無人水面艇”（LRUSV）在冊(cè)項(xiàng)目，及美國邁特里公司（MITRE）的“仿真實(shí)驗(yàn)”中。
三、發(fā)展趨勢(shì)
總體來講，水面無人艇技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為由單打獨(dú)斗向集群作戰(zhàn)發(fā)展、由自動(dòng)化向智能化發(fā)展、由近海向遠(yuǎn)洋發(fā)展，由單功能向多功能發(fā)展。
此外，水下機(jī)器人和水面無人艇等新技術(shù)在海洋領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。
了解世界近代史的人都知道，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，美蘇兩國開啟了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的軍事競(jìng)爭(zhēng)。而在這個(gè)過程之中，兩個(gè)國家為了能夠探查到對(duì)方的相關(guān)軍事信息，也特意展開了一些靜音偵察無人機(jī)的發(fā)展。利用這些無人機(jī)隱身且靜音的特效，成功深入對(duì)方腹地。
就無人機(jī)的發(fā)展來說，美國顯然要比蘇聯(lián)更加重視。以美國曾經(jīng)研制的諸多靜音偵察無人機(jī)為例，就多次到各國領(lǐng)空中收集信息。而現(xiàn)如今，美國更是研制了一款超靜音偵察無人機(jī)
文章來自：MATLAB
近幾年很多研究機(jī)構(gòu)和公司開始進(jìn)行船舶無人化研究，這種應(yīng)用未來會(huì)有廣闊的前景，比如海上救助打撈、海底設(shè)備檢修、海洋考察等，無人潛水艇能有效減少人員費(fèi)用的支出并提高航行的安全性。
作為新興的先進(jìn)海洋裝備，無人潛水艇需要攻克動(dòng)力、導(dǎo)航、通訊和船體控制等技術(shù)難題。
一方面需要成熟的路徑規(guī)劃算法，靈巧的操作和避障能力，可以按照既定的路線自主航行躲避障礙，另一方面需要遠(yuǎn)距離水下數(shù)據(jù)采集和通訊能力
無人水面艇為無人駕駛水面船舶，由智能控制以達(dá)成自主駕駛，艇上配備先進(jìn)的武器系統(tǒng)、智能感知系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等。其完成使命后，通常需要回收到搭載平臺(tái)上，以補(bǔ)充能源、下載數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)和重新設(shè)置使命。
2007年，美國海軍發(fā)布《海軍無人水面艇主計(jì)劃》，為無人水面艇賦予了7項(xiàng)任務(wù)。該計(jì)劃確定了優(yōu)先發(fā)展的7個(gè)任務(wù)領(lǐng)域，即反水雷戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、海上安全、水面作戰(zhàn)、支持特種部隊(duì)作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)和支持海上攔截作戰(zhàn)。美國從開始研究無人艇技術(shù)到現(xiàn)在技術(shù)成熟，無人艇的影子在美海軍部隊(duì)中隨處可見。
俄羅斯海軍也正在緊鑼密鼓研發(fā)兼具遠(yuǎn)程火力打擊、海上搜救、獨(dú)立排雷、反潛等功能的無人艇。
該項(xiàng)目共涉及來自15 個(gè)國家的42 家機(jī)構(gòu)，旨在將不同類型的無人平臺(tái)（固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、無人水面艇和無人潛航器等）及主戰(zhàn)裝備與海上指控中心相整合，通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)海上指控中心與陸基指控中心的數(shù)據(jù)交換，以驗(yàn)證跨域協(xié)同中的態(tài)勢(shì)感知、自主性及互操作性及其效能。
系留式多旋翼無人機(jī)在水面靶標(biāo)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究
王海濤 閻肖鵬
（91550部隊(duì)43分隊(duì)大連 116023）
摘 要：提出一種在水面靶標(biāo)實(shí)現(xiàn)的系留式多旋翼無人機(jī)技術(shù)方案， 根據(jù)海上試驗(yàn)保障需求， 給出系統(tǒng)組成、工作原理，討論了無人機(jī)飛行控制、起降、光電復(fù)合光纜及收放單元、遙控軟件等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路。相比較以陸地或艦船為起降平臺(tái)的常規(guī)無人機(jī)方式，具有對(duì)起降場(chǎng)地要求低、空中停留時(shí)間長(zhǎng)和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)
“幽靈艦隊(duì)”概念框架內(nèi)的前兩艘無人水面艇——“游騎兵”號(hào)和“流浪者”號(hào)，分別于2020年10月和2021年2月，自墨西哥灣，經(jīng)巴拿馬運(yùn)河，進(jìn)入太平洋，完成了自主航行。其中，“流浪者”號(hào)航行共計(jì)4421海里，有98%的距離處于自主航行模式。
