無人水面艇終極版

1、無人水面艇無人水面艇(unmannedsurfacevessel,簡稱USV),是一種無人操作的水面艦艇。主要用于執(zhí)行危險(xiǎn)以及不適于有人船只執(zhí)行的任務(wù)。一旦配備先進(jìn)的控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和武器系統(tǒng)后，可以執(zhí)行多種戰(zhàn)爭和非戰(zhàn)爭軍事任務(wù)1發(fā)展歷史無人艦艇的歷史可追溯到二戰(zhàn)時期，彼時，它們只是被作為一次性的制導(dǎo)武器使用；冷戰(zhàn)開始后，旨在搜尋和清掃水雷的無人航行器開始列裝各國海軍，這些早期遙控艦艇多由電纜發(fā)送的導(dǎo)航信號或母艦通過無線電控制，自主活動能力有限。上世紀(jì)90年代以后，人工智能和自動化技術(shù)的進(jìn)步，讓水上水下的無人艦艇迎來了真正的活躍期，更復(fù)雜的水下機(jī)器人(AUVs)和水面機(jī)器人(AS

2、Vs)也從概念走向現(xiàn)實(shí)。目前，西方國家的無人艦艇大多擔(dān)負(fù)偵察任務(wù)，具備攻擊能力的改型也已開始列裝。2國際現(xiàn)狀美國海軍從上世紀(jì)90年代開始研究無人水面艇。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)，同時還界定了無人水面艇的船型、尺寸和標(biāo)準(zhǔn)等要素，這標(biāo)志著美國無人水面艇走上正規(guī)發(fā)展階段。以色列“保護(hù)者”型無人水面艇已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，并裝備部隊(duì)。新加坡海軍是它第一個海外用戶，在一次演習(xí)中，他們利用登陸艦搭載2艘“保護(hù)者”無人水面艇，進(jìn)行海上保衛(wèi)和封鎖行動，據(jù)新加坡國防部稱，“保護(hù)者”無人水面艇是“非常高效的”。目前，德國、日本也在積極研究無人水面艇。中國無人水面艇的發(fā)展

3、尚處于起步階段，民用方面已取得進(jìn)展，“天象1號”無人水面艇曾在奧運(yùn)會青島奧帆賽期間，作為氣象應(yīng)急裝備為奧帆賽提供氣象保障服務(wù)。3特點(diǎn)艇性特點(diǎn)：對于艇型來說，國際普遍采取硬殼充氣艇，長為6m到11m之間。采用充氣艇的方式，船底采用內(nèi)設(shè)剛性龍骨的v型結(jié)構(gòu)，充氣胎與骨架板件組合，可在正常工作壓力下使整個艇具有足夠剛性，氣胎分隔成3到5個獨(dú)立氣室可保證艇的抗沉性。另外四周充氣部分也可起到良好的抗沖擊緩沖作用，艇體邊界有充氣浮力胎，可極大避免風(fēng)浪中傾斜的危險(xiǎn)。動力特點(diǎn)：無人艇大多采用柴油機(jī)做動力，在推進(jìn)形式上有舷外機(jī)和噴水推進(jìn)等方式，其中由于采用噴水推進(jìn)的艦舶具有傳動機(jī)構(gòu)簡單，機(jī)動性和操縱性好，吃水淺效

4、率高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。操縱特點(diǎn)：無人艇操縱方式為無人遙控/按既定方案運(yùn)行/自主運(yùn)行等方式，在完全自主運(yùn)行方式下，對無人艇的智能化程度要求較高，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。應(yīng)用特點(diǎn)：無人艇大多采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)的不同，可采用多種不同模塊。無人艇部署機(jī)動靈活，使用方便，可跟隨戰(zhàn)斗艦出航執(zhí)行任務(wù)，并可在危險(xiǎn)區(qū)域或不宜派遣人的艦船區(qū)域獨(dú)自自主執(zhí)行任務(wù)，拓展了海上作戰(zhàn)范圍，具有良好的費(fèi)效比，避免了人員的生命危險(xiǎn)。4應(yīng)用領(lǐng)域反水雷戰(zhàn)無人艇可以快速，高效，低成本地以集群方式完成大范圍的水雷探測與定位任務(wù)。獵掃雷艦是單位噸位最貴的艦船，保有量有限，單獨(dú)依靠獵掃雷艦完成大面積區(qū)域的掃雷任務(wù)需要花費(fèi)較長時間且成本較高，如

5、果采用掃雷艦攜帶多水面無人艇式進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，無人艇通過艇員遙控或者自主航行方式執(zhí)行掃雷任務(wù)，就可以在花費(fèi)較少的情況下較快地完成任務(wù)。（2）反潛戰(zhàn)：面對艦船日益增長的來自水下潛艇的威脅，無人艇提供了一種反潛的新手段，無人艇可以攜帶反潛設(shè)備，在主力艦隊(duì)周圍形成移動的向外延伸的反潛警戒網(wǎng)，并可長時間不短地作業(yè)，提高艦隊(duì)的反潛能力。（3）信息戰(zhàn)：無人艇可攜帶各種電子設(shè)備執(zhí)行ISR任務(wù)，包括執(zhí)行通信中繼，電子干擾，欺騙任務(wù)等，由于無人艇本身具有較好的隱身性，可以到達(dá)危險(xiǎn)海域完成各種任務(wù)。（4）其他：無人艇還可支持海上封鎖或者攔阻任務(wù)，通過無人艇可以長時間地對港口，海域等區(qū)域進(jìn)行偵察監(jiān)視，保證海上安全，可

6、以對可疑目標(biāo)進(jìn)行清理，并可參與反恐作戰(zhàn)以及特種部隊(duì)的非常規(guī)作戰(zhàn)任務(wù)。5無人艇組成與關(guān)鍵技術(shù)智能化的無人艇系統(tǒng)總體構(gòu)成示意，如圖丄星系統(tǒng)）J唇電坯）作戰(zhàn)_反潛戰(zhàn)盛塊Hi*敵我WJJJ.S統(tǒng)規(guī)劃k反水雷摸塊I簪戒保護(hù)?？?目標(biāo)識別運(yùn)動軌跡預(yù)測系統(tǒng)浪知SS無人艇系統(tǒng)構(gòu)成由圖可以看出，無人艇具有復(fù)雜的系統(tǒng)組成，涉及眾多的技術(shù)領(lǐng)域，其關(guān)鍵技術(shù)包括：載體總體設(shè)計(jì)與集成技術(shù)，環(huán)境感知技術(shù)，自主決策與控制技術(shù)，無線通信技術(shù)等。（i）載體的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成技術(shù)；包括:基于模塊化思想的無人艇載體設(shè)計(jì)和集成技術(shù)；在復(fù)雜海洋環(huán)境下無人艇高速航行的穩(wěn)定性理論與方法的無人艇的抗傾覆性，懸浮自恢復(fù)能力研究等；（2）環(huán)境感

7、知技術(shù)：由于無人艇在海面航行時受到風(fēng)浪流的影響較大，需要解決在惡劣海況下，艇體在持續(xù)顛簸條件下的水面目標(biāo)探測和識別技術(shù)，這就需要開展在海面環(huán)境下障礙識別新理論和新方法研究，以及動態(tài)背景和低信噪比條件下的目標(biāo)檢測方法研究，對多種傳感器獲取信息進(jìn)行處理，完目標(biāo)的跟蹤，檢測，識別預(yù)測。（3）自主決策與控制技術(shù);主要內(nèi)容為復(fù)雜海洋環(huán)境下無人艇自主決策理論與方法，運(yùn)動的非線性控制理論與方法。自主決策和自動控制技術(shù)的高低體現(xiàn)了無人艇的智能化程度的高低。環(huán)境感知，信息綜合處理和自主導(dǎo)航技術(shù)是無人艇實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)動控制的前提，無人艇控制系統(tǒng)體系架構(gòu)要滿足可靠性高，容錯性好等要求。為了提高無人艇的自主能力，航跡規(guī)

8、劃是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于電子海圖和給定航路約束情況下，無人艇需要自主規(guī)劃出一條符合一定原則和約束條件的最優(yōu)路徑，采用在線規(guī)劃時還需滿足實(shí)時性要求。此外無人艇還要解決在動態(tài)目標(biāo)威脅下的局部避碰規(guī)劃問題。（4）無線通信技術(shù):無人艇與母船或者地面站之間需要通過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行信息交互，如利用超高頻擴(kuò)頻通信結(jié)合衛(wèi)星通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信信息包括圖像信息，視頻信息，控制指令，姿態(tài)信息，位置信息等，需要考慮無人艇數(shù)據(jù)傳輸中的帶寬，抗干擾和實(shí)時性問題。6總結(jié)本文對國內(nèi)外無人艇發(fā)展概況，特點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了分析，隨著載體設(shè)計(jì)技術(shù)，電子技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)的發(fā)展，無人艇正朝著模塊化，智能化，體系化，標(biāo)準(zhǔn)化等方面發(fā)展，其執(zhí)行任務(wù)也呈多樣化趨勢