无人水面艇终极版
国外海军无人水面艇发展及关键技术
国外海军无人水面艇发展及关键技术文／宋磊有人水面舰艇相比，无人水面艇具有机动灵活、隐蔽性好、活动区域广、使用．成本低等特点。
目前，无人水面艇服役数量很少，主要用于执行海上情报、监视与侦察，反水雷战，电子战等军事任务。
未来，随着智能化程度的不断提高，无人水面艇将具备遂行反潜、反舰作战等能力。
一、无人水面艇自主程度不断提升与其他无人装备相比，无人水面艇发展相对滞后，但自主程度在不断提升。
自主程度是衡量无人系统先进性的核心指标。
无人水面艇按自主程度可分为遥控型、半自主型和全自主型三类。
由于全自主控制方式对智能化程度要求较高、实现极为困难，尚处于研究探索阶段。
目前，各国无人水面艇多采用半自主型。
国外已服役或在研的无人水面艇主要装备型谱见图1。
从装备型谱看，全自主型无人水面艇艇是未来无人水面艇的发展目标。
二、多功能无人水面艇发展备受关注目前，开展无人水面艇研制的国家和地区主要包括美国、以色列、欧洲、日本等，但仅有美国、以色列的部分型号装备了部队。
各国正在竞相发展集反水雷战、反潜战、电子战等能力于一体的多功能无人水面艇。
1.美国B研制并装备多种型号，且制定了明确的发展规划美国正式服役的无入水面艇主要有“遥控猎雷系统”(RMS)、“海狐”和“斯巴达侦察兵”。
其中，RMS由洛克希德·马丁公司在21世纪初研发成功，可对水雷进行快速侦察、探测、分类、识别并准确定位，也可用于反潜搜索、水面监视和沿海情报收集；“海狐”由美国西风海事公司研发，目前在美海军中服役的主要有“海狐”MKl和“海狐”MK2两型，美海军主要利用该艇进行江河地区的作战评估，以及远征部队的安全保障等；2002年，美海军水下战中心正式启动“斯巴达侦察兵”研制计划，2004年法国也加入其中，该艇备受各军种重视，海军陆战队计划将其用于执行远征后勤和再补给任务，特种部队计划将其用于水文调查及其他侦察、欺骗任务，陆军计划将“海尔法”等导弹装备该艇执行精确打击任务，协助内陆湖泊地带作战。
国外研制的作战无人水面艇
国外研制的作战无人水面艇作者：余辉来源：《无人机》2017年第09期当前，各国的无人水面艇（USV）已经开始武装化，但是利用无人水面艇从事各类海上军事活动还处在相对初期阶段。
美国海军部门的一份市场报告显示，预计在2017-2022年间，USV行业的规模将扩大近一倍。
其中，国防应用可能会占据主导位置。
随着传感器、声呐、软件、机器学习和计算机算法等技术的进步，USV能力也得到了极大的提高，特别是海上的自主作战能力。
许多国家的海军都在研制新的USV，这些USV不再是简单的“眼睛和耳朵”，而是能开展包括反水雷（MCM）、电子战（EW）和反潜战（ASW）在内多种作战行动的重要装备。
此外，这些USV安全性、使用效率也得到了极大提高，成本效益也更好。
以反水雷任务为例，有人驾驶的扫雷舰船一天的花销可能要高达10万美元/艘，利用无人潜航器（UUV）进行扫雷耗时且低效，水下通信也一直是一个难以突破的挑战。
相比以上系统，USV既能节省开支，又能提高效率，且不受通信问题限制。
“海上猎手”2016年4月，美国海军对外展示了 40m长的“海上猎手”（Sea Hunter）试验型无人水面艇，并声称该平台将进一步发展为监视和ASW平台。
美国国防部副部长称“海上猎手”将成为USV发展的一个“拐点”，他认为在今后五年内，USV作战舰队必将出现在西太平洋和波斯湾上，很可能会彻底改变海上作战、商业运输的护航方式，无人货船将来往于各国之间，USV 将完成各种军事任务，避免作战人员的伤亡。
美国海军声称，“海上猎手”是目前世界上最大的USV，可以在世界各大洋巡逻，搜寻并跟踪敌方舰船和潜艇，航行速度约为50km/h，可以在海上停留数月执行相应任务，航程可达18520km，全过程不需要船上有人。
雖然“海上猎手”能够自主探测前方有否其他海上航行器和障碍物并规避碰撞的能力，但是为了安全，试验阶段的“海上猎手”仍搭载了操控人员随行，不过后续一旦验证系统安全可靠，将完全转为无人驾驶的自主航行模式。
2024年无人水面艇市场前景分析
2024年无人水面艇市场前景分析引言无人水面艇是一种通过自主航行技术和遥控操作，无需人员直接驾驶的水面船只。
随着技术的不断发展和人工智能的应用，无人水面艇在海洋科研、军事侦察、海洋环境监测、渔业资源管理等领域呈现出巨大的市场潜力。
本文将对无人水面艇市场前景进行分析。
无人水面艇技术发展趋势无人水面艇技术发展的趋势主要表现在以下几个方面：1.智能化：无人水面艇在自主航行和遥控操作方面加强了智能化的应用，可以通过各种传感器获取环境信息，进行智能决策和自动操控。
2.多功能化：无人水面艇不仅可以应用于海洋科研和军事侦察领域，还可以用于海洋环境监测、渔业资源管理等多个领域，具有较强的适应性和可扩展性。
3.高效能源：无人水面艇采用了高效能源系统，如太阳能电池板、风力发电装置等，降低了对传统能源的依赖，提高了续航时间和使用寿命。
无人水面艇市场规模与增长趋势根据市场调研机构的数据显示，无人水面艇市场正呈现出快速增长的趋势。
据预测，未来几年内无人水面艇市场的规模将持续扩大。
这主要归因于以下几个因素：1.海洋科研需求增加：随着对海洋科学研究需求的不断增加，无人水面艇在海洋科研领域的应用正得到广泛重视。
它可以代替传统的研究船只，承担更多的科研任务，提高工作效率和数据精度。
2.军事需求增长：无人水面艇在军事侦察、海上巡逻、反潜作战等方面具有独特的优势，能够满足军事需求的快速反应和隐蔽性要求，因此得到广泛运用。
3.海洋环境监测需求上升：随着全球气候变化和海洋污染问题的加剧，各国对海洋环境监测的需求不断提高。
无人水面艇能够采集大量的环境数据，并通过智能分析系统进行分析，从而实现对海洋环境的全面监测。
无人水面艇市场面临的挑战尽管无人水面艇市场前景广阔，但仍然面临一些挑战：1.技术难题：无人水面艇需要具备高度智能化和自主航行能力，这对传感器、控制系统、决策算法等方面提出了高要求。
目前，仍需要进一步研究和发展相关技术，以满足市场需求。
无人水面艇研究现状与发展趋势
无人水面艇研究现状与发展趋势首先，无人水面艇在海洋勘探领域得到了广泛应用。
传统的海洋勘探往往依赖大型舰船和潜水器进行，不仅造价高昂，而且需要人工操作，存在一定的风险。
而无人水面艇能够通过搭载各种传感器和设备，实现无人化勘探任务，大大降低了成本，并能够在危险环境中发挥作用。
其次，无人水面艇在海上安全监控方面具有重要作用。
无人水面艇可以进行远程监控、报警和搜救等任务，为港口、海岸线和航道安全提供支持。
通过无人水面艇的应用，可以提高海上安全事故的防范和处置能力，大大减少人员伤亡和财产损失。
此外，无人水面艇还可以应用于海洋科学研究和环境保护。
无人水面艇可以搭载各种科学仪器，收集海洋生物、水质、气候等数据，为海洋科学家提供大量的实时数据，促进海洋科学研究的发展。
同时，无人水面艇还可以用于海洋环境监测和海洋保护，帮助监测和预警海洋污染等环境问题。
随着无人技术的不断升级，无人水面艇的发展趋势也日益明显。
首先，在技术方面，无人水面艇将朝着更高的智能化和自主化发展。
未来的无人水面艇将具备更强的自主决策能力，能够根据任务要求自主规划航线和执行任务，并能够适应复杂多变的海洋环境。
其次，在应用方面，无人水面艇将不仅仅局限于勘探和安全监控等领域。
随着技术的发展和成本的下降，无人水面艇将广泛应用于海洋渔业、海洋能源、海洋旅游等领域。
例如，无人水面艇可以用于海上渔业资源调查和渔捞作业；可以用于海上风电场的维护和巡检；可以用于船只跟踪和导航等等。
最后，在国际合作方面，无人水面艇的发展离不开国际合作。
国际上已经出现了许多无人水面艇的研发和应用项目，各国可以通过交流合作，共同推动无人水面艇技术的发展和应用。
同时，不同国家可以共享无人水面艇的数据和资源，实现海上航行的信息共享和协同操作。
综上所述，无人水面艇在海洋勘探、海上安全监控、科学研究和环境保护等领域具有巨大的应用潜力。
随着技术的不断进步和成本的降低，无人水面艇的发展趋势将呈现智能化、多样化和国际化的特点。
无人水面艇仿真系统设计与实现
无人水面艇仿真系统设计与实现胡辛明;张鑫;钟雨轩;彭艳青;杨毅;姚骏峰【摘要】无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)的海上调试成本高、难度大、效率低.为了减少海上调试工作量,设计了仿真系统,规划了仿真流程,为无人水面艇控制系统的测试和分析提供了平台.该仿真系统包括5个模块:显控模块用于全局路径规划和综合信息监控;数据仿真模块模拟障碍检测传感器与位置和姿态传感器数据;障碍处理模块对检测数据进行预处理、栅格化、聚类和拟合,并对拟合后的动态障碍进行跟踪;导航和避障模块嵌入视线制导(line of sight,LOS)导航和椭圆聚类-碰撞锥推演的动态避障算法;运动控制模块采用广义预测控制-比例积分(generalized predictive control-proportion-integral-derivative,GPC-PID)串级控制方法.各个仿真模块具有独立性,可根据不同需求替换.仿真实验结果表明了该系统设计的正确性和合理性.【期刊名称】《上海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(023)001【总页数】12页(P56-67)【关键词】无人水面艇;仿真系统;全局路径规划;导航和避障;运动控制【作者】胡辛明;张鑫;钟雨轩;彭艳青;杨毅;姚骏峰【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;中国人民解放军理工大学理学院,南京210007;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TP242.3无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)平台具有体积小、速度快、机动灵活等特点,根据不同的搭载平台,无人水面艇具有不同的功能,如海事管理、海上搜救和水文环境监测等.然而,无人水面艇控制系统比较复杂,海上调试存在成本高、难度大和效率低等问题.为了减少海上调试时间,需要设计仿真系统,对无人水面艇控制系统进行测试,为海上调试做好充分的准备工作.目前,国内外学者已经对无人水面艇进行了比较深入的仿真研究.挪威科技大学的Fossen和Breivik等研究了无人水面艇的航迹跟随[1-3]、动态定位[4-5]、目标跟踪[6]等问题,阐述了基于视线制导(line of sight,LOS)导航方法;并利用CS2(cybership 2)船模型搭建了半实物仿真平台[7],对航线和艏向的数据进行分析,证明了导航算法的有效性.Larrazabal等[8]利用Nomoto模型建立了艇体的辨识模型,设计了基于遗传算法的增益比例积分控制最优化(gain scheduling proportional-integral-derivate control optimized by genetic algorithms,GS-PIDGAs)控制器,结合模糊逻辑控制器来解决动力学的不确定问题,仿真实验结果表明,航线和航向角偏差较小,满足要求.吉林大学的杨树仁[9]基于电子海图设计了单机非实时船舶运动控制仿真系统,该仿真系统由5个部分组成:航迹控制器、舵机执行机构、舵机反馈机构、船舶运动模拟器和电子海图,并对A,B,C类船进行了3级海浪干扰仿真实验,结果可以看出航线和航向偏差都满足航迹控制要求.哈尔滨工程大学的卢艳爽[10]设计的仿真系统包括全局路径规划、航迹跟踪和动态避障等,并规划了仿真流程.本工作基于A*启发式搜索算法(A*算法)实现全局路径规划,采用“跟随目标”的方法实现无人水面艇的航线无障碍跟踪,提出“远域协商”动态避障方法,并进行了动、静态障碍物避障仿真实验.已有的无人水面艇仿真主要针对单一特定功能,系统较为简单,而本工作从全局路径规划、传感器数据模拟、障碍检测和跟踪、运动控制、导航和避障等方面系统性地提出了相对完备的仿真方案,为无人水面艇控制系统提供测试和分析平台,可减少30%～40%的海上调试工作量,对缩短无人水面艇研发周期,提高海上调试效率有重要意义.本工作主要贡献如下:(1)提出了无人水面艇仿真系统设计方案;(2)基于生物激励神经网络的完全遍历路径规划方法,结合电子海图提供的障碍信息,实现了全局路径规划;(3)仿真罗经和GPS数据,根据Nomoto模型和广义预测控制-比例积分(generalized predictive control-proportion-integral-derivative,GPC-PID)串级航迹控制方法,提出了无人水面艇的位置和姿态更新方法;(4)仿真激光数据,根据连通域标记法、K-means算法思想实现障碍的检测,基于Kalman滤波算法实现动态障碍跟踪;(5)在无人水面艇仿真系统中加入了海浪干扰并进行了仿真实验,实验结果证明了本系统设计的合理性.通常,无人水面艇系统包括无人艇艇体、显控台、GPS、罗经、激光、4G雷达、前视声纳、运动控制计算机等[11],其中显控台与无人水面艇之间通过无线进行信号传递,显控台根据任务类型进行路径规划,并监控无人水面艇的综合状态信息;GPS和罗经采集位置和姿态信息;激光和4G雷达用于海面障碍检测;前视声纳用于海下障碍检测;运动控制计算机内部包含障碍处理算法、导航和避障算法、运动控制算法,结合航线、位置和姿态、障碍信息,计算并控制喷泵的输出和舵机的转动,从而控制无人水面艇的运动.由以上无人水面艇系统信息传递过程规划出仿真系统的流程(见图1).设置全局任务路径、障碍物和无人水面艇的初始位置和姿态,当激光检测到障碍物,经过障碍处理,将障碍信息传递给导航和避障模块;随后导航和避障模块根据路径、障碍信息以及位置和姿态信息计算处理,得到无人水面艇的航向和速度,而将航向和速度变化作为运动控制的输入,输出舵角和油门,舵角和油门用于位置和姿态的更新;位置更新后,判断无人水面艇是否到达路径终点,若没有,则在新的位置继续进行障碍检测,并将新的位置和姿态信息、障碍信息作为导航和避障的输入,更新数据,直到无人水面艇到达路径终点.由无人水面艇仿真流程可确定仿真系统设计方案.仿真系统软件分为5个模块:显控模块、数据仿真模块、障碍处理模块、导航和避障模块、运动控制模块,其中显控模块实现全局路径规划和监控,数据仿真模块仿真激光、罗经和GPS数据,导航和避障模块用于控制无人水面艇航向和速度,而运动控制模块则是根据航向和速度变化控制舵角和油门.2.1 显控模块显控模块是基于电子海图实现的.电子海图具有地理信息获取和显示、船舶速度航向监控、报警等功能.显控模块主要进行全局路径规划和无人水面艇的综合信息显示.全局路径规划分为任务区域覆盖扫测和多点规划,其中任务区域覆盖扫测是在给定任务扫测区域规划出绕开障碍物的最优扫测路径;多点规划是用于无人水面艇布放和回收时,在海图上人工选取路径点,自动生成绕开障碍物的最短航行路线.电子海图提供的静止障碍物包括海岸线、码头、浮标和岛屿等.任务区域的覆盖扫测是基于生物激励神经网络的完全遍历路径规划方法实现[12],其中生物激励神经网络用于移动机器人工作环境建模,而完全遍历路径规划包括模板模型法和A*算法,能够实现复杂岛礁区域周围环境的遍历.图2(a)为在电子海图上实现的存在岛礁的任务区域覆盖扫测,只要给定扫测范围、起点、方向和距离就可以自动规划出最优扫测路径;图2(b)为在海图上实现的多点规划(多点规划是基于A*算法实现的,能够实现代价最小的路径规划),只要给定路径点就可以规划出一条绕开障碍物的最短航行路径.2.2 数据仿真模块数据仿真模块包括仿真障碍检测、位置和姿态数据,其中障碍检测数据指的是激光扫到物体后得到的距离和角度,位置和姿态数据是由GPS和罗经采集得到的位置和姿态信息.2.2.1 激光数据仿真激光测距[13]的方法有多种,但目的都是为了获取目标的角度和距离.常用的方法是脉冲法,即在工作时向目标射出3维很细的激光(由光电元件接收目标反射的激光束),计时器测定激光束从发射到接收的时间差,从而得到距离.式中:D为激光传感器与被测障碍物之间的距离;c为光在真空中的传播速度(3×108m/s);∆T为激光两路脉冲信号之间的时间间隔;ς是激光传输介质的平均反射率,在空气中取1.通常,激光的扫描距离D、扫描范围ϕ、角度分辨率∆θ都为已知参数.将激光安装在无人水面艇上时,激光中垂面与艇的中垂面重合.在电子海图里以激光位置为原点,艏向为x轴,建立平面直角坐标系.设置圆形的障碍物位置和大小,Pn(x,y)为激光束打在障碍物上的点(见图3),则可以得到每一个激光束与x轴夹角θn,即获得了激光角度信息.联立激光束直线方程和圆的方程,可以得到激光束与圆的交点Pn(x,y)的坐标值,求得距离D,取其中较小值;若无交点,则距离D=0,即可得到激光的距离信息.依此类推,可以得到所有激光束数据,激光数据仿真即可完成.2.2.2 位置和姿态数据仿真无人水面艇的位置坐标和速度由GPS采集,姿态信息由罗经采集.姿态信息包括航向角、艏向角、俯仰角、横滚角、航向角速度、艏向角速度、俯仰角速度和横滚角速度等.由于与导航和避障相关的数据主要包括位置坐标、航向角、航向角速度和速度,故仿真系统针对这4个参数进行仿真.航向角速度由舵机运动决定,并受到艇体本身结构、惯性和风浪的影响.常用的舵角与航向角速度的辨识模型为经典的Nomoto模型[14],本工作采用简化的一阶Nomoto模型,即舵角变化δ和航向角速度r的关系为式中,S为传递函数,K为静态航向角速度增益,T为时间常数.航向角变化量∆ψ由航向角速度r积分得到,由此可以得到航向角ψt:式中,f为更新频率,ψt−1为上一帧航向值.无人水面艇的速度大小由油门控制,油门与速度可以用简单的线性关系表示,即式中,k为油门系数.无人水面艇的位置变化量∆P由速度V和航向ψ决定,由此可以得到位置坐标:式中,ψt−1为上一帧航向值.2.3 障碍处理模块激光数据处理模块包括障碍检测和跟踪.障碍检测是将激光采集的数据处理成椭圆障碍,其过程包括预处理、栅格化、聚类和拟合等.预处理是去除激光里面的特殊点,对于多线激光,还需将激光点投影到同一个平面;栅格化的方法比较多,本工作采用最大最小高度图法[15-16]对激光数据进行栅格化;采用通常用在二值图像处理的连通域标记算法[17-18]对栅格进行聚类,得到障碍物块;海上障碍多为船只,船只长和宽的比例较大,可以近似看成椭圆,基于K-means算法思想[19],对聚类的障碍物块的形状进行近似拟合,形成椭圆的障碍信息.激光数据处理过程如图4所示.图5为对实际场景中采集的激光数据进行处理的结果,其中(a)为多线激光检测实际场景,(b)为多线激光检测障碍物得到的立体点云,(c)为经多线激光数据处理形成的椭圆障碍信息.现实中的障碍物多为动态,对障碍物位置和速度进行预测必不可少.障碍目标跟踪有两个作用:一是减少或消除传感器的检测误差,二是为动态避障提供预测位置和速度信息.Kalman滤波器是一种线性递归滤波器[20],是用于状态最优估计的常用算法,通过动态的状态和观测方程描述系统,并采用递归滤波方法预测下一个状态的最优估计.由于仿真激光数据采样时间间隔短,处理得到的椭圆目标运动状态变化小,故将目标运动定为匀速直线运动.将运动椭圆的中心轨迹作为输入,利用最近邻域法将测量值与预测值进行关联,并采用Kalman滤波进行最优状态估计,从而得到下一时刻的椭圆障碍物位置和速度信息.图6为基于Kalman滤波算法的障碍目标跟踪过程.2.4 导航与避障模块在电子海图上利用全局路径规划方法生成任务路径,其中导航算法是控制无人水面艇在复杂的海洋环境干扰下,按照既定路径进行航行,故导航算法是无人水面艇执行任务的前提,导航算法的优劣直接影响到任务的执行结果.LOS是一种直线循迹的方法,该算法首先在航行路段上虚拟出一个追踪目标,然后引导船舶沿着船舶到追踪目标的视线方向航行.目前,常用的虚拟追踪目标确定方法主要包括封闭圈法和超前置位法.本仿真系统采用封闭圈法,即以船舶为圆心建立一个半径固定不变的封闭的圆圈,将封闭圈与计划航线的交点设为虚拟目标点.随着船舶不断接近计划航线,船舶航向偏差也随之减小,这样就达到同时减小位置和航向偏差的目的.无人水面艇在海上执行任务时会遇到其他船舶、岛礁、灯塔等障碍物,因此避障功能是其安全航行的重要保障.海上航行的船舶需要遵循《国际海上避碰规则》,已有很多基于《国际海上避碰规则》的导航避障算法,如神经网络算法、进化算法、模糊逻辑算法、2D栅格地图等.本工作中的避障算法遵循《国际海上避碰规则》,基于椭圆聚类-碰撞锥推演的无人水面艇海洋动态避障控制方法实现无人水面艇避障.该方法是基于Chakravarthy等[21]和Fiorini[22]的点与点、点与圆的碰撞锥方法,其本质是在未知轨迹的移动目标之间进行碰撞检测,根据已计算出的碰撞锥区间采取相应的避碰措施.无人水面艇采取避障措施后会偏离原先设定的路径,因此利用LOS导航算法可实现其航迹回归.2.5 运动控制模块导航和和避障算法的输出是期望速度和航向(速度和航向的变化是由油门和舵机决定的),运动控制模块主要是接收航迹跟踪和避障算法输出的期望速度和航向,计算处理后产生油门和舵角值.油门值可由式(4)反推得到,即而舵角值的确定则需利用GPC-PID串级控制方法[23],将广义预测理论与PID控制器相结合,来克服无人水面艇系统中存在的时滞,故该系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力.GPC-PID运动控制原理如图8所示.图8中,ψr为航迹跟踪和自主避障模块输出的期望航向角,ψ为实际航向角,ψr和ψ作为GPC的输入量输出控制量δr,而δr作为PID输入量输出舵角δ,G1为2.2.2节提到的一阶Nomoto模型,其输出为航向角速度γ.2.6 航向干扰无人水面艇在航行过程中会受到风、浪、流的干扰,其中风浪会对无人水面艇的艏摇、横摇和纵摇产生影响,故本工作加入2阶风浪模型对艏摇产生干扰[24]:式中,ω(s)为高斯白噪声,h(s)为2阶海浪传递函数,其中λ为阻尼系数,ω0为海浪频率,σ为海浪强度.在完成仿真系统中的流程和方案设计后,为了验证仿真系统设计的正确性和合理性,以航线跟踪精度和避障效果为指标对仿真系统进行实验.本仿真实验为半实物仿真,硬件平台有显控、仿真和控制计算机等.3.1 算法步骤利用显控计算机进行全局路径规划,由仿真计算机更新位置、仿真障碍信息等,由控制计算机根据任务航线、障碍信息、输出期望油门和舵角给仿真计算机,以便进行位置和姿态更新.仿真实验算法步骤如下:(1)设定全局路径L、障碍物Φ,初始化无人水面艇位置和姿态,如位置P(x,y)、航向ψ、速度V等;(2)激光检测Φ,输出激光数据,经过障碍处理后得到障碍物Φ′;(3)导航和避障根据L,Φ′,P(x,y),ψ,计算输出期望航向ψr和速度Vr.(4)将ψr,Vr作为运动控制的输入量,输出舵角δ和油门E;(5)将δ,E作为位置和姿态更新的输入,输出更新后的位置和姿态信息P(x,y),ψ,V,航向角速度γ;(6)循环执行步骤(2)～(5),直到到达路径结束点.3.2 仿真对象本仿真实验以上海大学“精海3号”无人水面艇的控制系统为仿真对象,艇体和激光参数如表1和2所示.经测试,“精海3号”无人水面艇静态航向角速度增益K=0.3176,时间常数T=0.2417,舵角与航向角速度关系为根据Fossen的理论[25],通常情况下海浪干扰参数Kω=4693.9,λ=0.12,ω0=0.8,则3.3 仿真实验结果和分析仿真实验基于电子海图来实现,图9(a)～(c)依次为无人水面艇任务区域覆盖扫测、动态避障和多障碍避障实验结果.图中黑色同心圆为无人水面艇,红色圆为障碍物,蓝色半圆点云为激光打在障碍物上的点,褐色圆为障碍处理后得到的障碍信息,红色轨迹线为障碍信息的运动轨迹,红色虚线圆为激光检测范围.可以看出,无人水面艇在遇到障碍物后能够按照正确的方向进行避障并回归航线.如图10所示,在导航循迹实验中,取50 s,500帧数据进行分析,其中(b)和(c)为航迹、航向偏差情况.实验得出最大航迹偏差为13.1 m,最大航向偏差为10.7°.结果满足IEC 6206标准[26]航向偏差不超过15°,航迹偏差不超过35 m的航迹控制要求.取“精海3号”在东海2级海况下测绘数据进行分析,得到最大航迹偏差为9.7 m,最大航向偏差7.8°.经分析可知,仿真结果和实际实验结果相近,仿真结果偏差较大的原因是受海浪干扰模型影响较大.本工作为提高海上调试效率,为无人水面艇的控制系统提供了测试和分析平台,搭建了仿真系统;提出了无人水面艇仿真系统设计方案,即将仿真系统分为5个模块,利用电子海图信息和生物激励神经网络的完全遍历路径规划方法实现全局路径规划,并根据无人水面艇在海上航行实际情况,实现了无人水面艇的位置和姿态更新;仿真了激光数据,进行障碍检测处理,并对动态障碍进行运动预测.在进行导航和避障实验中加入了2阶风浪干扰,实验结果和数据分析表明本仿真系统能对无人水面艇控制系统性能进行测试,验证了所设计系统的合理性和正确性.【相关文献】[1]FOssEN T I,BREIVIK M,SKJETNE R.Line-of-sight path following of underactuated marine craft[C]//Proceedings of the 6th IFAC MCMC.2003:244-249.[2]PAVLOV A,NORDAHL H,BREIVIK M.MPC-based optimal path following for underactuated vessels[J].IFAC International Conference on Manoeuvring and Control of Marine Craft,2009, 42(18):340-345.[3]BREIVIK M,HOVsTEIN V E,FOssEN T I.Straight-line target tracking for unmanned surface vehicles[J].Modeling,Identifcation and Control,2008,29(4):131-149.[4]KJERsTAD K,BREIVIK M.Weather optimal positioning control for marine surface vessels[J]. 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世界无人水面艇发展综述
世界无人水面艇发展综述无人水面艇（USV，Unmanned Surface Vehicle），是指依靠遥控或自主方式在水面航行的无人化、智能化作战平台。
可通过飞机或大型舰艇携载，到达预定地点后施放，也可直接在基地近岸使用，实现保护己方、打击敌方的作用。
无人水面艇较无人潜航器和无人机的研究起步较晚，但发展迅速，目前已受到世界各海上强国的高度重视。
本文将追溯世界无人水面艇的发展历史，介绍世界各国USV的服役特点与研制情况，分析其关键技术，并展望未来发展趋势。
无人水面艇发展回顾无人水面艇的发展历史最早可以追溯到1898年，当时著名发明家尼古拉・特拉斯发明了名为“无线机器人”的遥控艇。
首次应用于实战则在二战时期，最初设计成鱼雷状用以清除碎浪带的水雷和障碍物。
诺曼底登陆战役期间，盟军为实现其战略欺骗和作战掩护的目的，曾设计出一种装载大量烟幕剂的无人水面艇，可按预先设定的航向机械地驶往欺骗海域，从而造成舰艇编队登陆的假象。
二战后期美国海军还曾通过在小型登陆艇上加装无线电控制的操舵装置和扫雷火箭弹，用于浅海雷区作业。
二战结束后，无人水面艇得到了进一步的发展，主要用于扫雷和战场损伤评估（BDA）等任务，如1946年的“十字路口行动”中，原子弹每次爆炸后，均使用无人水面艇收集辐射水域样品。
到20世纪60年代，苏联研制了小型遥控式无人水面艇，用于向敌方舰艇发动自杀式的撞击爆炸性攻击。
这一时期，美国将一型V-8汽油机驱动的7米玻璃钢小艇改装为遥控扫雷艇，配备到胡志明市南部的第113水雷分队，用于越南境内的扫雷作业。
20世纪70～80年代，由于技术的限制，无人水面艇发展并未获得很大突破，主要应用于军事演习和火炮射击的海上靶标。
20世纪90年代，美国研制的遥控猎雷作战原型（RMOP）艇成功在波斯湾从“库欣”号驱逐舰进行了海上作业。
1997年1～2月的“SHAREM 119”演习中，RMOP进行了长达12天的猎雷行动。
随着信息技术、自动控制技术、导航技术及材料科学等方面的进步，无人水面艇技术也得到了新的发展，截止目前，已有十几个国家研制、部署了无人水面艇。
2023年无人水面艇行业市场需求分析
2023年无人水面艇行业市场需求分析1. 介绍随着科技不断进步，水面无人艇日渐成熟，市场需求也日益增长。
无人水面艇是利用无人化技术实现水面作业、探测和监测等功能的艇船。
由于其具有自主性、安全性、高效性、适应性等特点，已经在海上探测、海上救援、环境监测等领域得到了广泛的应用。
2. 市场需求（1）军事需求随着世界各国军备竞赛的加剧，无人水面艇在军事领域的应用日益普及。
无人水面艇不仅能够完成侦察、监测、搜索等任务，还能够搭载武器和导弹，实现远程攻击作战。
（2）海上探测需求无人水面艇在海上探测领域的应用十分广泛。
在海洋资源勘探、海上测绘、海底地质调查等方面，无人水面艇的使用能够提高作业效率，大大降低作业成本，并保证安全性和准确性。
（3）海上救援需求无人水面艇在海上救援行业的作用越来越被重视。
无人水面艇可以利用遥控和自主技术对救援现场进行监测，及时了解救援情况，快速响应，有效提高救援效率。
（4）环境监测需求环境监测领域是无人水面艇的另一个应用方向。
无人水面艇可以测量水体水质、水温等指标，实现水域环境监测，能够及时掌握水体的变化，为环境保护和资源管理提供有力支持。
3. 市场前景随着无人水面艇应用领域的不断扩大，其市场前景日益广阔。
特别是随着无人船技术的不断成熟，无人水面艇的应用前景更为广泛。
根据市场研究机构的预测，到2025年，全球无人水面艇市场规模将达到数十亿美元。
中国无人水面艇市场发展迅速，尤其是在海洋资源勘探、环境监测等领域，有了广泛的应用。
根据中国市场研究机构的预测，未来几年中国无人水面艇市场有望保持高速增长，预计到2025年，市场规模可达数百亿人民币。
4. 挑战与机遇在市场需求显著增长的情况下，无人水面艇面临着一些挑战：（1）技术水平不断提升，硬件和软件技术的更新迭代速度较快。
（2）竞争加剧，市场上的无人水面艇厂商不断增多，行业竞争加剧。
（3）外部环境变化，包括政策法规和市场需求等方面的变化，可能会对无人水面艇的市场影响产生一定的风险。
“海上猎人”号无人水面舰艇从加利福尼亚自主航行到夏威夷
龙源期刊网
“海上猎人”号无人水面舰艇从加利福尼亚自主航行到夏威夷
作者：
来源：《无人机》2019年第03期
Leidos公司宣布，美国海军研究办公室（ONR）的中等排水量无入水面艇“海上猎人”成为第—艘成功从圣地亚哥自主航行到夏威夷珍珠港的船只，并且沒有一名船员在船上，除了护送船的人员因检查电力和推进系统而短暂登艇以外。
Leidos公司设计建造了132ft长的三体船“海上猎人”，这是第一艘能够长时间航行并执行各种任务的无人驾驶自主船，其成本仅为载人船只的一小部分。
这一最新成果是扩展测试阶段的一部分。
Leidos公司防务集团总裁格里-法萨诺说：“‘海上猎人’项目在无人驾驶、完全自主的海军舰艇设计和生产方面处于世界领先地位。
最近的远距离任务是这类任务中的第一次，它向美国海军表明，自主技术已经准备好从开发和试验阶段过渡到高级任务测试阶段。
”
“海上猎人”将在2019年继续进行长续航和任务包测试。
美国海军研究力公室公司授予Leidos公司—份潜在价值为4350万美元的合同，研发目前正在密西西比州建造的“海洋猎人2号”。
这艘姊妹舰将基于第一艘“海上猎人”的经验教训、不断发展的任务需求和进一步扩展的增强自主性进行研制。
格里.法萨诺表示：“我们才华横溢的工程师、科学家和分析专家团队拥有数十年的经验，这使我们能够交付第二艘高度自主的船只，保障我们军人的安全，同时监测海洋环境。
无人水面艇研究现状与发展趋势
无人水面艇研究现状与发展趋势
一、无人水面艇研究现状
无人水面艇是一种无人操纵的船舶，它具有自主性能力和指挥控制能力。
它可以加强军事部队的作战能力，参与对抗海上敌人，进行海洋侦察、搜救等作业。
它的发展已经受到了越来越多的关注，正成为海洋军事技术
研究的热点。
近年来，无人水面艇的研究已经取得了很大的进展，出现了一系列新
技术，如自主导航、人工智能、远程控制、无线通信、机器人技术等。
其中，自主导航技术发展的最快，其主要技术用于无人水面艇的目标检测、
跟踪、自动返航等功能。
在智能决策系统方面，人工智能技术发展得很快，在网络通信系统方面，无线传感技术发展的最快，可以获得更实时、更准
确的数据，从而提高无人水面艇的控制精度，可以有效地改善作战能力。
此外，无人水面艇研究也受到了海洋机器人技术的影响。
海洋机器人
技术可以大大提高无人水面艇的作战能力，改善作战效率，在故障处理、
物资调度、系统协调等方面也可以发挥重要作用。
二、无人水面艇研究发展趋势
首先，无人水面艇的性能将继续完善。
2023年无人水面艇行业市场发展现状
2023年无人水面艇行业市场发展现状水面无人艇（USV）是一种能够在水上进行自主操作的船只，具有船体小巧、风险低、运行成本低等特点。
随着自主导航技术的快速发展，无人水面艇已经成为一种新兴的智能化工具，正在逐渐渗透到海洋科学、海洋勘测、水域监测、救援救援等领域。
以下是无人水面艇行业市场发展现状的详细分析：一、市场规模与发展趋势无人水面艇市场规模正逐年扩大，各个领域对其需求不断增长。
据预测，到2025年，全球无人水面艇市场规模将达到10亿美元。
同时，随着技术的不断更新换代，无人水面艇的功能不断提升，应用范围将进一步扩大，市场前景良好。
二、应用领域1. 海洋科研无人水面艇可以在不受海况影响的情况下，搭载各种科学仪器，进行海洋勘探、海洋污染监测、生态保护等方面的研究。
无人水面艇不仅可以代替传统的有人勘测方法，还可以在更大的范围内对水下环境进行更全面的调查。
2. 水域监测无人水面艇可以监测河流、湖泊、港口等水域的水质、流速、水位等方面的指标，发现水利工程中存在的问题。
同时，无人水面艇还可以用于打捞海上漂浮物、监测海上航行船只等工作。
3. 搜索救援无人水面艇可以使用先进的图像识别算法，对水面上可能出现的漏油、翻船、人员溺亡等情况进行快速识别和定位，提高了救援行动的效率。
4. 港口航行无人水面艇可以监控港口航道等各个狭窄水域，通报船只前方情况，避免船只之间的碰撞，保障港口航行安全。
三、市场占有率目前，国内无人水面艇市场处于起步阶段，行业发展缓慢，占有率不高。
但是随着技术的提升和用户需求的增加，未来无人水面艇的市场占有率将会不断提升。
四、行业竞争格局目前，国内外无人水面艇行业主要参与者包括DJI、新图太阳神、INSITU、ZMP、艾尔法-普利茨和SEA博士等公司，并且他们已经扎根各个领域，拥有丰富的技术经验和客户资源。
总之，无人水面艇是近年来发展迅速的一种新兴工具，市场前景广阔。
未来，随着技术的不断更新，无人水面艇在各个领域的应用将会更加广泛，市场占有率将会不断提升。
未来海战的杀手锏 新概念武器之无人水面艇
亡率 。⑤活动 区域广 ， 使用成本低 。无人 水面艇吃水
维普资讯
浅， 吃水 深 度 仅 为 传 统 水 面舰 艇 的几 分 之 一 ， 得 对 航道 ， 口等 处 的水 使 港
一
未 来海 战 的杀手锏
■ 海天
近年来， 随着 以美 国为代表 的大 国海军军事战略的转 型。
在 敌 国近 岸 浅 水 海域 机 动 作 战 并 对 岸 上 实 施精 确 打 击 这 一 未 来海 战 模 式 已为 许 多 国家 所 认 同 。 军 事 专 家 认 为 ， 这 样 的 在 作 战 行 动 中 ， 统 的航 母 编 队 和 大 型 战 舰 群 因 过 于 庞 大 、 反 传 应 迟 钝 且 易 遭 攻 击 将 不 再 受 宠 ， 小 型 、快 速 且机 动 灵 活 的 而 无 人 驾 驶 作 战 平 台将 大 行 其 道 。 基 于 这 一认 识 ， 些海 军 强 一
深要求明显降低， 从而大大拓 展了其活动范 围： 加之其 活动不受气候影
响 ， 全天 候 值 勤 ， 载 系 统 又 不 必考 虑 人 的 适 应性 ， 而 使 用成 本 相 当 可 所 因
低廉 。⑥有利 于网络中心战的实现 。通 过在一个战区 内部署 多艘无 人 水面艇， 使其彼此之间和与有人舰艇之间实现战 区信息共享 ， 将可大大增 大战场空 间，以较 小的代价加速海上 网络 中心 战的实现 。 最原始的无人水面艇应用于实战可 以追溯 到第二次世 界大战。 在 二 战 诺曼 底 登 陆战 役 期 间 ， 国 曾设 计 出一 种 形 如鱼 雷 的 无人 水 面 艇 ， 盟 艇 上载有大量的烟幕剂， 可按预先设定的航 向机械地驶往计划 登陆的海滩
挪威无人水下航行器
挪威无人水下航行器
兆一
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2006(14)5
【摘要】据挪威《水下工程》8月号报道，挪威无缆水下航行器已具备当今世界
最强的深海侦察能力。
该航行器的头部为水滴形，主体呈圆柱状，圆锥形尾部装有十字形舵叶和螺旋桨，直径750mm，长3．85—5m，重650kg，以锂离子电池为动力源，巡航速度3～4kn，作战航速2～6kn，续航时间取决于搭载物和航速，工作水深为3000m，可连续工作48h。
【总页数】1页(P61-61)
【关键词】无人水下航行器;挪威;巡航速度;锂离子电池;水下工程;侦察能力;续航时间;水滴形
【作者】兆一
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】U674.941
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无人水面艇完成澳大利亚自主侦察任务
龙源期刊网 无人水面艇完成澳大利亚自主侦察任务作者：来源：《无人机》2019年第01期L3 自主水面艇公司宣布，完成“自主战士”-18无人水面艇在澳大利亚杰维斯湾举行的澳大利亚防务展上的一系列演示验证。
为支持国防科技实验室，L3 自主水面艇公司操作一艘长9m （30ft）的、配备了先进自主导航能力的的船只，执行侦察、拦截和巡逻任务。
在两周时间内，“MAST-9号”船只以全自主模式運行，包括国际海上避碰规则（COLREG）态势防撞，以40kn的速度水路航行80h以上。
MAST-9成功执行了7种不同的任务类型，包括游弋、尾随、拦截、测量、巡逻、目标跟踪和检查。
L3 自主水面艇公司自主系统研发部负责人霍华德·特里普博士说：“该系统的可靠性和一致性为自主水面平台在一定范围内持续检查和跟踪提供了坚实保障，特别是在有挑战性的环境条件下。
有些情况下，恶劣的天气条件要求有人驾驶的船只必须返回码头，但具有天然自主属性的自主船只则无此担忧，能继续正常运行。
这就是自主性的真正价值。
”DSTL平台系统部主管防御水面战业务的伊恩·坎贝尔补充说：“这次演示成功地展示了一种综合系统体系方法，可以在几乎无人或完全无人干预的情况下执行自主防御任务。
本次演示成功的关键在于与海上自主平台开发（MAPLE）系统接口的能力，加上船舶系统的可靠性。
”MAST-9完成了约100项由MAPLE系统指挥的任务。
运行状态和有效载荷反馈之间通过ASView（L3 自主水面艇公司的专有自主控制系统）进行通讯往来。
利用光学和红外摄像机，MAST-9验证了高速检测能力。
ASView控制系统能使远程任务指挥官跟踪和跟随目标船只执行拦截任务。
MAST-9由L3 自主水面艇公司设计建造，用雷达提供态势感知，使其可以相应地探测到其他船只并避开。
（木子编译）。
Parrot Hydrofoil
Parrot Hydrofoil作者：张越来源：《个人电脑》2016年第10期Parrot在近日推出的—系列新款无人机中，便包括一款新颖的水上机型Hydrofoil，它看上去就像是里海怪兽的变形版，非常酷。
谁说无人机只能在天上飞？Parrot在近日推出的一系列新款无人机中，便包括一款新颖的水上机型Hvdrofoil，它看上去就像是里海怪兽的变形版，非常酷。
Parrot Hvdrofoil实际上由两个部分组成，一个四轴迷你无人机以及一台水翼艇船身，将它们连接之后，四轴无人机垂直翻转成为动力，可实现时速约10公里的水上行驶速度。
另外，Hvdrofoil还可拍摄640X480像素的视频，内置1GB容量，续航力则为7-9分钟左右。
Parrot Hvdrofoil开箱时无人机就是组装好的，而船体部分需要使用螺丝刀（自带）组合起来。
主要的船身材料为发泡聚丙烯塑料和聚酰胺，简单的理解为泡沫就好了。
这样的设计主要是为了让船体尽量轻，才能更好的漂浮在水面上，也不会影响行进方向。
如果只选择飞行模式，那只需要拿个非常轻的minidrone就可以了。
首先，这个无人机很小，长度也就跟iPhone6差不多。
电池有550mAh，直接插入无人机中间部分。
拿起这个minidrone你是不是觉得有些眼熟？它也是Parrot Rolling Spider中的主体部分，配上轮子就可以在屋顶爬行、沿墙壁爬行、也可以贴地爬行，当然也可以作为一个四轴飞行器单独飞翔。
Parrot Hydrofoil的船身主要是泡沫材容易出行滑扣的问题，细节还是很到位的。
作为动力部分的Minidrones体积非常小巧，跟一个手机差不多，平时作为室内飞行器玩很有意思。
Minidrones的前脸设计一副小怪兽的样子，眼睛部分的两个灯可以显示蓝牙连接状态、电量等信息。
Minidrones和水翼艇通过一个可以立起来的支架固定在一起，把无人机对准往上一卡就行了，简单而且牢固。
无人观光艇发展现状
无人观光艇发展现状无人观光艇是随着无人驾驶技术的发展而兴起的一种新型观光方式。
与传统的观光船相比，无人观光艇具有更高的灵活性和可靠性，可以为游客提供更加安全舒适的观光体验。
目前，无人观光艇在世界范围内得到了广泛应用和推广。
无人观光艇在设计上具备自动导航和避碰功能，可以根据预设的路线规划自主航行。
通过激光雷达、摄像头和红外线传感器等技术，无人观光艇可以实时感知周围环境，避免与其他船只或障碍物发生碰撞。
同时，无人观光艇还配备了紧急停船装置，可以在危险情况下立即停止运行，确保游客的安全。
在建设方面，无人观光艇采用轻量化材料，如碳纤维和玻璃钢，以提高船体的强度和刚度。
船体设计合理，具备较高的稳定性和航行性能，能够适应不同的海洋环境和气候条件。
此外，无人观光艇还配备了太阳能电池板和高效储能系统，可以实现长时间的自主航行。
无人观光艇在旅游行业中发挥着重要作用。
其不受人为因素影响的特点，保证了观光艇的稳定性和连续性。
游客可以通过互联网预订和支付观光艇服务，无需排队等待，节省了时间和精力。
同时，无人观光艇可以根据游客的需求和兴趣，提供定制化的观光线路和服务，增加了游客的满意度和忠诚度。
无人观光艇还可以应用于环境保护和科学研究领域。
通过配备多种传感器和仪器，无人观光艇可以实时监测海洋水质、气象数据等相关信息，为科学家提供有价值的研究数据。
同时，无人观光艇可以帮助保护海洋生态环境，通过无人航拍和水下探测等功能，监测和记录海洋动植物的生态状态，为海洋生物多样性保护和环境管理提供支持。
然而，无人观光艇的发展还面临一些挑战。
首先是技术问题，无人驾驶和导航系统需要不断的创新和完善，以提高无人观光艇的安全性和可靠性。
其次是法律和政策的制定与执行，需要为无人观光艇的运营和管理制定相关的法规和标准，确保良好的运行环境和秩序。
此外，游客的安全和隐私问题也需要引起重视，确保无人观光艇的运营符合相关法律法规和道德准则。
综上所述，无人观光艇在技术上和应用上都取得了一定的进展。
无人水面（机器人）巡航艇USV
无人水面（机器人）巡航艇USV
佚名
【期刊名称】《《军民两用技术与产品》》
【年(卷),期】2007(000)010
【摘要】北京铭尼科科技有限公司是从事公共事业管道安全检测仪器、地质调查探矿、军用民用金属探测仪设备及海底管线和航空安全检测设备的高科技企业。
该公司推出的无人水面（机器人）巡航艇USV，长7～11米，最大航速35节，是一种非常灵活的远程控制水上机器人运载平台，可以安装侧扫声纳、前视／避碰声纳、多波束回声探测仪、海底剖面仪、磁力仪等多种传感器，以满足应用需要。
【总页数】1页(P18)
【正文语种】中文
【中图分类】U674.70
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无人潜水艇的操作方法
无人潜水艇的操作方法无人潜水艇（Unmanned Underwater Vehicle，简称UUV）是一种能够在水下进行任务的无人机器人。
它可以执行各种任务，例如海洋科学研究、海洋资源勘探、海底地形测绘、海事救援和军事侦察等。
下面将详细介绍无人潜水艇的操作方法。
首先，无人潜水艇的操作可以分为几个基本步骤：任务配置、船体装备检查、上水操作和下潜操作。
1. 任务配置：在使用无人潜水艇之前，首先需要确定艇体上所配备的各种传感器和设备，以及规划需要执行的具体任务。
这些任务可能需要根据特定的水下环境来设计，例如海底地形测绘需要艇体上配备地图绘制传感器，海洋科学研究则需要相关的水样采集和分析设备。
2. 船体装备检查：在上水之前，需要对无人潜水艇的船体进行一次全面的装备检查。
这包括检查机械和电气系统的工作状态，确认油水舱密封情况，检查主要设备和传感器的连接状态，确保各个部件都处于正常工作状态。
3. 上水操作：在艇体装备检查无误后，需要将潜水艇放入水中。
这一步通常由船上的起重设备或启动器来完成。
在上水的过程中，需要确保艇体平稳下水，并保证艇体和水面船只的安全。
上水后，潜水艇需暂时停靠在水面，进行最后的准备工作。
4. 下潜操作：将无人潜水艇下潜到水下工作区域。
下潜操作通常由遥控器或地面站进行。
通过遥控器操作，可以控制潜水艇下潜深度、速度和方向等参数。
在下潜过程中，需要密切观察潜水艇的工作状态，并调整参数以确保下潜的平稳进行。
5. 任务执行：当潜水艇下潜到预定的深度后，可以开始执行任务。
不同的任务需要不同的操作方法和设备。
例如，进行海底地形测绘时，潜水艇需要配备地形仪器，并沿着预定的路径进行探测和记录。
而在海洋科学研究任务中，可能需要进行水样采集、水质测试和生物样本收集等操作。
6. 数据收集：在执行任务的同时，无人潜水艇需要将所采集到的数据实时传回地面或存储在内部存储设备中。
通过与地面站的通讯，可以实时监测和控制潜水艇，并对所采集到的数据进行分析和处理。
以色列水上无人载具——海上系统新宠儿
以色列水上无人载具——海上系统新宠儿
欧贝泰
【期刊名称】《《世界航空航天博览：Ａ版》》
【年(卷),期】2005(000)008
【摘要】以色列的拉菲尔公司（RAFAEL）为了海上勤务的安全，特别设计出一种无人载具来因应市场的需求，这种名为“保护者”的海上无人载具（Unmanned Surface Vehicle，USV）是一套整合的海军系统，主要奠基在无人、自动、遥控的水面载具上，它具备高度的运动性以及隐匿性，可以在无风险与人员损失的情况下执行任务。
【总页数】2页(P109-110)
【作者】欧贝泰
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】U655.544.1
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无人水面艇
无人水面艇（unmanned surface vessel，简称USV），是一种无人操作的水面舰艇。
主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。
一旦配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后，可以执行多种战争和非战争军事任务.
1发展历史
无人舰艇的历史可追溯到二战时期，彼时，它们只是被作为一次性的制导武器使用；冷战开始后，旨在搜寻和清扫水雷的无人航行器开始列装各国海军，这些早期遥控舰艇多由电缆发送的导航信号或母舰通过无线电控制，自主活动能力有限。
上世纪90年代以后，人工智能和自动化技术的进步，让水上水下的无人舰艇迎来了真正的活跃期，更复杂的水下机器人（AUVs）和水面机器人（ASVs）也从概念走向现实。
目前，西方国家的无人舰艇大多担负侦察任务，具备攻击能力的改型也已开始列装。
2国际现状
美国海军从上世纪90年代开始研究无人水面艇。
2007年，美国海军发布《海军无人水面艇主计划》，为无人水面艇赋予了7项任务，同时还界定了无人水面艇的船型、尺寸和标准等要素，这标志着美国无人水面艇走上正规发展阶段。
以色列“保护者”型无人水面艇已经开始批量生产，并装备部队。
新加坡海军是它第一个海外用户，在一次演习中，他们利用登陆舰搭载2艘“保护者”无人水面艇，进行海上保卫和封锁行动，据新加坡国防部称，“保护者”无人水面艇是“非常高效的”。
目前，德国、日本也在积极研究无人水面艇。
中国无人水面艇的发展尚处于起步阶段，民用方面已取得进展，“天象1号”无人水面艇曾在奥运会青岛奥帆赛期间，作为气象应急装备为奥帆赛提供气象保障服务。
3特点
(1)艇性特点：对于艇型来说，国际普遍采取硬壳充气艇，长为6m到11m之间。
采用充气
艇的方式，船底采用内设刚性龙骨的v型结构，充气胎与骨架板件组合，可在正常工作压力下使整个艇具有足够刚性，气胎分隔成3到5个独立气室可保证艇的抗沉性。
另外四周充气部分也可起到良好的抗冲击缓冲作用，艇体边界有充气浮力胎，可极大避免风浪中倾斜的危险。
(2)动力特点：无人艇大多采用柴油机做动力，在推进形式上有舷外机和喷水推进等方式，
其中由于采用喷水推进的舰舶具有传动机构简单，机动性和操纵性好，吃水浅效率高等特点被广泛应用。
(3)操纵特点：无人艇操纵方式为无人遥控/按既定方案运行/自主运行等方式，在完全自主
运行方式下，对无人艇的智能化程度要求较高，实现较为复杂。
(4)应用特点：无人艇大多采用模块化设计，根据任务的不同，可采用多种不同模块。
无人
艇部署机动灵活，使用方便，可跟随战斗舰出航执行任务，并可在危险区域或不宜派遣人的舰船区域独自自主执行任务，拓展了海上作战范围，具有良好的费效比，避免了人员的生命危险。
4应用领域
(1)反水雷战
无人艇可以快速，高效，低成本地以集群方式完成大范围的水雷探测与定位任务。
猎扫雷舰是单位吨位最贵的舰船，保有量有限，单独依靠猎扫雷舰完成大面积区域
的扫雷任务需要花费较长时间且成本较高，如果采用扫雷舰携带多水面无人艇式进
行联合作业，无人艇通过艇员遥控或者自主航行方式执行扫雷任务，就可以在花费
较少的情况下较快地完成任务。
（2）反潜战：
面对舰船日益增长的来自水下潜艇的威胁，无人艇提供了一种反潜的新手段，无人艇可以携带反潜设备，在主力舰队周围形成移动的向外延伸的反潜警戒网，并
可长时间不短地作业，提高舰队的反潜能力。
（3）信息战：
无人艇可携带各种电子设备执行ISR任务，包括执行通信中继，电子干扰，欺骗任务等，由于无人艇本身具有较好的隐身性，可以到达危险海域完成各种任务。
（4）其他：
无人艇还可支持海上封锁或者拦阻任务，通过无人艇可以长时间地对港口，海域等区域进行侦察监视，保证海上安全，可以对可疑目标进行清理，并可参与反
恐作战以及特种部队的非常规作战任务。
5无人艇组成与关键技术
智能化的无人艇系统总体构成示意，如图
由图可以看出，无人艇具有复杂的系统组成，涉及众多的技术领域，其关键技术包括：载体总体设计与集成技术，环境感知技术，自主决策与控制技术，无线通信技术等。
（1）载体的总体设计和系统集成技术；包括:基于模块化思想的无人艇载体设计和集成技术；在复杂海洋环境下无人艇高速航行的稳定性理论与方法的无人艇
的抗倾覆性，悬浮自恢复能力研究等；
（2）环境感知技术：由于无人艇在海面航行时受到风浪流的影响较大,需要解决在恶劣海况下，艇体在持续颠簸条件下的水面目标探测和识别技术，这就需要
开展在海面环境下障碍识别新理论和新方法研究，以及动态背景和低信噪比条
件下的目标检测方法研究，对多种传感器获取信息进行处理，完目标的跟踪，
检测，识别预测。
（3）自主决策与控制技术；主要内容为复杂海洋环境下无人艇自主决策理论与方法，运动的非线性控制理论与方法。
自主决策和自动控制技术的高低体现了
无人艇的智能化程度的高低。
环境感知，信息综合处理和自主导航技术是无人
艇实现智能化运动控制的前提，无人艇控制系统体系架构要满足可靠性高，容
错性好等要求。
为了提高无人艇的自主能力，航迹规划是必不可少的关键技术
之一，基于电子海图和给定航路约束情况下，无人艇需要自主规划出一条符合
一定原则和约束条件的最优路径，采用在线规划时还需满足实时性要求。
此外
无人艇还要解决在动态目标威胁下的局部避碰规划问题。
（4）无线通信技术：无人艇与母船或者地面站之间需要通过数据链路进行信息交互，如利用超高频扩频通信结合卫星通信方式进行数据传输，通信信息包括
图像信息，视频信息，控制指令，姿态信息，位置信息等，需要考虑无人艇数
据传输中的带宽，抗干扰和实时性问题。
6总结
本文对国内外无人艇发展概况，特点，关键技术等进行了分析，随着载体设计技术，电子技术，通信技术，控制技术的发展，无人艇正朝着模块化，智能化，体系化，标准化等方面发展，其执行任务也呈多样化趋势。
智能化的水面无人艇可在未来高技术战争中发挥越来越重要的作用，针对我国无人艇方面的研究与国外先进水平还存在较大差距的情况，应该制定专门规划，加大投入，以需求为牵引，积极开展无人艇各项关键技术的研究，推进无人艇的实用化进程。
陈勇 1340308107 测控一班。