摘要：水面无人艇航行及任务载荷复合控制方法将原本分离的任务控制与航行控制有机地结合在一起,组成了一个闭环航行及任务控制系统,实现了复合控制。设计航行及任务载荷复合控制单元,根据任务控制输出的指向误差及水面无人艇航行状态,令核心的智能耦合控制单元做出控制决策,自动输出任务控制修正命令与航行控制命令,平衡任务执行与航行安全的关系,提高了任务控制的精度。智能耦合控制单元具有机器学习能力,可通过任务执行,对智能化机器学习模型进行训练,实现航行及任务载荷复合控制策略的持续优化。

摘要：多水面无人艇编队运动控制是多水面无人艇智能化的核心技术,也是当前研究的热点。重点讨论了编队部分成员无法获得编队平衡先验信息条件下的水面无人艇编队运动控制问题。首先,针对编队先验信息不平衡条件下无人艇编队保持困难的问题,将领航–跟随结构与分布式模型预测控制算法结合,通过设定通信优先级和单向拓扑结构,在分布式模型预测控制算法中引入假设状态空间和平衡状态空间,以实现部分跟随者无法获取编队平衡先验信息情况下的无人艇编队保持;其次,针对编队航行过程中障碍物规避安全性不足的问题,将改进的人工势场法与模型预测控制相结合,设计了无人艇自主避障控制器,提升了编队航行过程的安全性;最后,通过仿真平台对所提方案的可行性进行了验证。所提方法可以为进一步研究复杂环境下多水面无人艇编队运动控制提供参考。

摘要：为了满足水面无人艇(USV)对军用、民用的任务需求,基于物联网技术提出了水面无人艇系统的五级技术体系架构模型,并对模型中各层功能结构进行详细讨论。分析了水面无人艇系统的功能需求,设计出水面无人艇系统功能框架图,提出加强基本功能系统的通用化和标准化研发,为用户提供多样性应用。最后指出了基于物联网技术的水面无人艇技术存在的风险,为水面无人艇统一系统架构的设计提供参考。

摘要：为进行水面无人艇运动姿态数据采集与可视化监测,基于LoRa设计研发了水面无人艇远程数据采集系统。该系统能够实现卫星定位及船舶六自由度运动姿态数据的采集,通过LoRa通信模块实现数据远程发送与接收,并基于上位机对位姿数据进行可视化展示,实现水面无人艇位姿远程数据可视化监测。最终实验结果显示,系统各项功能稳定运行,数据采集及传输功能平稳,上位机所展示的可视化界面清晰直观,效果良好。该系统的数据采集、处理、传输、显示与保存等功能的实现,能够为无人艇操纵运动建模、基于运动模型的自动控制系统设计、航海仿真系统中以数据驱动目标船舶、无人艇远程岸基运动监测与指挥等提供数据支持,为水面无人艇的技术发展、科研与教学实验等提供技术支持。

摘要：目前军、民领域水面无人艇发展迅速,其收放技术是其能否大力推广的关键技术之一。通过对比水面无人艇与有人驾驶工作艇收放方式的差异,可为水面无人艇收放技术发展提供思路。

摘要：水面无人艇对舰艇的威胁与日俱增,传统舰炮武器对水面无人艇进行打击存在射击精度低、效费比高等不足,基于末端敏感技术的舰炮末敏弹打击水面无人艇方案应运而生。为研究舰炮末敏弹对各型水面无人艇单目标的射击效能,基于舰炮末敏弹作用原理及当前末敏弹性能参数水平,建立了射击效能计算模型,仿真计算结果表明舰炮末敏弹对4型无人艇水面艇平台的单目标捕获概率为56.4%~60.6%、命中概率为43.5%~58.1%;研究分析了扫描平台参数、末敏子弹弹着点散布、敏感器定位精度、EFP散布、环境风速对末敏子弹打击其理论扫描区域内各型无人艇目标射击效能的影响,对舰炮末敏弹的论证、设计、研制及作战运用具有重要的参考价值。

摘要：针对无人艇执行路径跟随任务时,传统视线法未考虑航速控制且无法有效处理外界干扰的不足,结合反步法、李亚普诺夫稳定性理论及Barbalat引理,对传统视线法进行改进。改进路径跟随方式,通过设计纵向推力和转艏力矩的控制律分别控制航速和航向,优化传统视线法忽略纵向速度控制的问题;设计非线性干扰观测器预测外界干扰观测值,将观测值引入视线法在控制器中进行补偿,实现无人艇路径跟随抗扰控制;通过仿真试验验证了所提出方法和所设计控制器的有效性和可靠性。

摘要：针对无人艇(USV)在地下封闭水体中卫星定位信号缺失、通信受限、环境光线弱等问题,提出一种地下封闭水体内多USV协同的视觉定位方法。首先,设计一种艇载光源合作标志物,并根据艇身结构与应用场景对标志物结构进行优化;其次,采用单目视觉采集标志物图像,并求取特征点的图像坐标;再次,根据摄像机成像模型,基于合作标志物特征点的空间坐标及其对应的图像坐标之间的关系,通过改进直接线性变换方法求解相邻艇间的相对位置;然后,利用前后艇的摄像机进行艇间对视,并通过最小方差算法,融合根据前后艇摄像机图像求解所得的相对位置,以提高相对定位精度;最后,利用场景中已知的绝对坐标,获得各无人艇的绝对位置。仿真实验对影响定位误差的因素进行分析,并把所提方法与传统直接线性变换方法进行对比。结果表明,随着距离的增加,所提方法求解优势更趋明显,在距离15 m时求解的位置方差稳定在0.2 m~2以内,验证了所提方法的准确性。静态实验结果表明,所提方法能将相对误差稳定在10.0%以内;地下河道内的动态实验结果表明,所提方法求解的绝对定位的航行轨迹达到与卫星定位相当的精度,验证了所提方法的可行性。

摘要：水面无人艇系统的可靠性对其海上作业而言至关重要。传统方法通过构建系统可靠性模型并计算相关指标来指导系统设计和制定预防性维修策略。然而,系统在运行阶段,一旦发生非期望状态,这些指标往往无法提供足够的决策支持。为了克服这一局限性,以海底地形勘测无人艇为研究对象,采用基于格理论的有限退化结构(FDS)分析法,构建了无人艇多态系统的可靠性模型。利用FDS方法的场景分析功能,可以确定系统正常工作、性能退化和性能失效等状态的临界场景,从而减少工作人员排查故障时间和非必要停机时间等,指导系统的可靠性决策,提升决策效率。

摘要：本文提出了一种具有动态预设性能的有限时间控制方案,用于解决具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的无人水面艇(unmanned surface vehicles,USVs)的轨迹跟踪问题。传统预设性能采用静态预设性能函数,当外部扰动较大时,跟踪误差有超出预设性能边界的风险。本文设计一种新型的动态预设性能函数,使得USVs跟踪误差始终保持在预设的边界内;基于齐次积分滑模面、有限时间扩张状态观测器和超螺旋积分滑模控制,提出了一种有限时间控制算法。该算法可以实现跟踪误差快速收敛和有界扰动连续补偿,提高了系统鲁棒性并削弱了滑模抖振现象。理论分析证明了USVs闭环系统的全局有限时间稳定性,仿真及比较结果验证了所设计控制方案的有效性和优越性。