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无人水面艇自主航行控制仿真系统研究: 2024年; 无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)具有系统复杂、试验区域受限、算法验证实艇效率低等问题,因此,设计一套无人艇仿真模拟系统,具备算法验证、任务推演、数据回放等功能,能加快开发速度,提高试验效率,降低试验成本。该仿真模拟系统集成了5个模块:显控模块用于地图显示、全局航路规划和数据显示等;操纵性运动模型模块主要采用三自由度响应数学模型;环境信息模块主要实现对环境感知数据真实模拟;航行控制模块主要实现无人艇航路跟踪以及航向、航速精确控制;避障模块根据航行态势进行实时避障。该仿真系统中各模块之间相互独立,可进行模块的更换和参数设置,仿真试验结果表明,该仿真系统可以为自主航行算法开发和任务推演提供可靠的验证过程和结果。; 程宇付悦文李鲁; 关键词：无人艇仿真系统

基于多传感器的无人水面艇自主回收引导: 2024年; 布放回收是无人艇应用的关键技术之一,是制约其深远海应用的主要瓶颈问题,目前无人艇的回收基本采用人工辅助或遥控手段,保障要求高、智能化水平低,无法满足无人艇自主回收的需求。为实现无人艇回收时脱挂钩的自动化操作,设计了一种吊放式的自动收放装置及其控制系统,在回收引导方面提出了基于相机与激光雷达信息融合的目标挂钩检测与定位方法,在回收控制方面提出了基于改进积分视线导引的无人艇回收路径跟踪控制算法。试验结果表明,在不同天气条件下,目标挂钩RMSE定位误差均小于0.5 m,满足无人艇回收引导的要求,回收引导成功率80%,初步解决了无人艇吊放式回收的自动脱挂钩问题。; 薛亮许晨孙雪娇魏红艳董琪皓; 关键词：无人艇多传感器融合

基于群体协同的无人水面艇任务优化策略研究: 2024年; 针对群体多任务分解难、效能难聚优等问题,提出了一种基于群体协同的任务优化策略。基于群体协同理论,重点分析了无人艇群协同探测典型任务,构建协同任务评估指标体系,评估无人艇群在不同环境场景下的任务执行寻优策略。仿真试验显示,完成任务时间提升约10%,且在平静、多风浪水域条件下,覆盖率分别提高了约7.32%和4.19%,该方法能有效提高任务分配和资源利用的效率,为艇群在复杂环境下执行协同任务提供了有力参考。; 卜晓东袁红刚褚福照王雨婷

波浪环境下无人水面艇改进MFAC节能控制方法: 2024年; 无人水面艇在运动过程中容易受到环境干扰的影响,尤其在受到波浪干扰后会导致其运动控制偏离期望路径,进而造成能量浪费。针对波浪环境下固定参数控制器对环境适应能力较弱的问题,将模糊控制方法与重定义无模型自适应控制方法相结合,设计了一种模糊重定义无模型自适应控制(FRMFAC)算法,该算法可以根据不同波浪的干扰情况自行调整控制参数;同时,采用视线法与FRMFAC算法对无人艇进行路径跟随控制;最后,通过与固定参数控制方法进行对比试验,验证了该算法的有效性和节能效果。对比仿真结果可知,使用可变参数的控制方法可以在有效提高无人艇对环境适应能力的同时起到节能效果。; 魏佳广张拓圣辛筠炜李怀亮张西伟; 关键词：无人水面艇运动控制无模型自适应控制

无人水面艇轻型鱼雷武器应用研究: 2024年; 轻型鱼雷武器应用于无人水面艇,可实现无人水面艇对潜艇目标的“发现即打击”。根据无人水面艇平台和轻型鱼雷武器的特点,提出无人水面艇轻型鱼雷武器的典型配置,总结轻型鱼雷武器在无人水面艇上的典型应用。从无人自主控制、安全性分析设计、长时间运行可靠性、模块化与快速部署、作战能力迭代升级等方面,讨论无人水面艇轻型鱼雷武器应用所面临的问题,并对部分问题针对性地提出解决途径,并开展试验验证。研究成果可用于指导反潜型无人水面艇以及反潜任务载荷设计、实现以及使用。; 苏金涛李建军姚运启; 关键词：无人水面艇轻型鱼雷武器

面向无人水面艇的水下伪装目标检测方法: 2024年; 无人水面艇环境感知能力受限于待测目标背景复杂、形状多样和伪装等因素,常规方法难以在上述情况下准确对水下伪装目标准确检测与评价。针对探测场景的多样化和复杂化,基于多任务学习策略提出一种面向无人水面艇的轻量型伪装目标检测方法 MFLNet(Multi-Feature Learning Network),通过借助图像梯度感知任务来提升无人水面艇对水下伪装目标的检测能力。首先,将图像特征提取任务解耦为语义特征提取和梯度特征提取;然后,向高层语义特征引入图像梯度特征并通过多尺度通道注意力模块生成初始预测图;最后,经过逐层的特征修正生成对伪装目标的最终预测。实验结果表明:MFLNet在CAMO-Test和NC4K-Test数据集上,结构相似性度量Sα指标可达0.824和0.851,检测性能达到先进模型水平,相比同策略轻量化模型参数量减少65%,检测速度可达73.7帧/s,满足水下检测数据实时传送需求,具有一定的实际应用价值。; 韩天保王岳任世昌吕薛清; 关键词：无人水面艇水下目标检测

无人水面艇路径规划与控制实验平台研究: 2024年; 针对无人艇路径规划与避障控制等功能在真实环境下系统验证和评估不足的问题,提出一种具备多种传感器和控制系统的无人滑行艇实验平台。文中所开发的实验平台集成激光雷达、深度相机、全球定位系统(global positioning system,GPS)、超宽带(ultra wide band,UWB)定位系统、陀螺仪等多种传感器,并采用基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)和Free_RTOS操作系统的主控制器和底层控制器。该实验平台不仅包括滑行艇本身、感知系统、底层控制器和远程监控系统等,还包括上层定位算法、路径规划算法和执行器控制算法。文中以1艘装载了多种传感器的无人滑行艇为实验对象,搭建了包括建图、定位与远程监控的综合实验平台,并且进行了滑行艇导航实验,验证了路径规划和避障控制算法的有效性,可为无人艇的技术发展和应用提供一定的参考。; 唐传茵闫羽夏冀沣计伟杨东星王述尚海江; 关键词：无人水面艇路径规划多传感器

基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计: 2024年; 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。; 温小飞王广哲周枫李同兰; 关键词：无人水面艇物联网

基于改进TD3的欠驱动无人水面艇路径跟踪控制: 2024年; 针对模型参数未知和海洋环境干扰下的欠驱动无人水面艇(unmanned surface vehicles,USV)路径跟踪问题,提出一种基于改进双延迟深度确定性策略梯度(twin delayed deep deterministic policy gradient,TD3)的控制方法。在运动学层次上,设计基于视线制导的航速航向联合制导律,引导USV准确跟踪期望路径。在动力学层次上,设计基于改进TD3的强化学习动力学控制器;采用基于时间差分误差的优先经验回放技术,建立包含路径跟踪成功和失败采样信息的双经验池,通过自适应比例系数调整每批次回放数据的组成结构;搭建包含长短期记忆网络的评价网络和策略网络,利用历史状态序列信息提高路径跟踪控制器的训练效率。仿真结果表明,基于改进TD3的控制方法可有效提高欠驱动USV的跟踪精度。该方法不依赖USV模型,可为USV路径跟踪控制提供参考。; 曲星儒江雨泽李初龙飞飞张汝波; 关键词：无人水面艇路径跟踪控制

基于改进DQN算法的应召搜潜无人水面艇路径规划方法被引量：1: 2024年; 针对应召反潜中无人水面艇航向和航速机动的情形,提出一种基于改进深度Q学习(Deep Q-learning,DQN)算法的无人艇路径规划方法。结合应召搜潜模型,引入改进的深度强化学习(Improved-DQN,I-DQN)算法,通过联合调整无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)的动作空间、动作选择策略和奖励等,获取一条最优路径。算法采用时变动态贪婪策略,根据环境和神经网络的学习效果自适应调整USV动作选择,提高全局搜索能力并避免陷入局部最优解;结合USV所处的障碍物环境和当前位置设置分段非线性奖惩函数,保证不避碰的同时提升算法收敛速度;增加贝塞尔算法对路径平滑处理。仿真结果表明,在相同环境下新方法规划效果优于DQN算法、A^(*)算法和人工势场算法,具有更好的稳定性、收敛性和安全性。; 牛奕龙杨仪张凯穆莹王奇王英民; 关键词：无人水面艇路径规划应召搜索

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