专家控制-改进S面算法在近水面航行器运动控制中的应用研究

[目的]旨在提高舵板响应速度和效率,以满足近水面航行器在静水及波浪干扰下的深度保持和姿态控制要求。[方法]在S面算法的基础上,提出一种具有更快收敛速度的改进S面控制算法,并与专家智能控制相结合,建立闭环专家控制-改进S面算法的混合控制模型,构建混合算法控制器。对比分析PID算法、S面算法、改进S面算法以及专家控制-改进S面算法在近水面航行器航行深度、姿态控制间的差异,并进行波浪干扰下的运动预报。[结果]预报结果表明:改进S面算法在静水航行控制中可提高收敛速度,波浪干扰下可降低纵摇幅度;专家控制-改进S面算法能够提高舵的控制效率,在静水中快速实现航行状态稳定转换,在波浪中有效降低近水面航行器垂荡和纵摇幅值30%以上。[结论]所提专家控制-改进S面算法对近水面航行器运动稳定性的提高适用性良好。

水面航行体对舰船目标的图像检测方法

针对水面航行体在近岸水域条件下对舰船目标进行实时光学检测时,易受到光照、相似颜色背景和海面波浪反射等干扰的问题,提出了基于改进视觉注意模型的舰船目标检测方法,采用小波变换方法提取图像的低频、高频特征,将任务水域图像从RGB颜色空间转化到HSV颜色空间来提取图像的色调、饱和度和明度特征,应用高斯金字塔、归一化算子等图像处理方法融合了各类特征.仿真结果表明,提出的舰船目标检测方法能够准确地实现复杂背景条件的舰船目标检测,具有良好的抗干扰能力.

无人水面航行器发展

文章简要介绍了无人水面航行器(USV)的发展过程,分析了USV的发展现状及其特点、使命和功能,探讨了USV的军事应用情况及其发展的关键技术。

微小型无人水面航行器的全局避障航迹规划

在常见改进遗传算法的基础上,结合微小型无人水面航行器(MUSV)的航行特点,进行变长度实数编码;根据航行的边界约束、避障约束、机动约束、总航路点个数约束以及进行目标点可航性判断来生成初始群体;为了使交叉、变异后的航迹能够避开障碍且能满足航行机动约束,采用相似航路点交叉和优先小范围变异。仿真结果表明,结合MUSV航行特点的改进方法,能够产生适应度较高的初始群体,能够在遗传操作中舍弃不可行个体,从而达到加快收敛速度的效果。

基于ARM的无人水面航行器开发与试验

无人水面航行器(USV),简称无人船,作为人类开发和利用海洋的重要工具之一,凭借其模块化、无人化、小型化、智能化等优点,受到越来越多的重视。该系统基于32位内嵌ARM CortexTM-M0核的NUC140RE3AN,提供自主和半自主两种驾驶模式,提高了航行器的实用性,利用高性能GPS进行定位,通过姿态传感器的反馈信息进行闭环控制,实现航向锁定。同时,利用图形化语言LabVIEW编写的上位机控制软件,能实现两种驾驶模式的切换,实时计算各种参数,绘制航迹。

军用无人水面航行器协同自治及控制设计

军用无人水面航行器(USV)用于执行包括反水雷、反潜作战、海上安保、海上作战、特种作战支援、电子战和海上拦截作战支持等7个主要任务使命,通过提升军用USV平台的战术协同自治和控制能力,可以最大限度地减少作战人员配备,降低USV平台的带宽要求,实现更快、更同步的协同控制和机动。军用USV战术协同自治和控制研究涉及到系统工程、控制技术和信息技术等多门学科的深度融合,代表了航海科学与技术的前沿研究领域和未来发展方向。文章改进了军用USV的协同自治和控制系统架构,包括感知及协同系统、引导系统、控制系统、执行机构等组成部分,并对其基本原理和要求进行了详细阐述。

新形势下南海权益护持创新手段研究——以无人水面航行器为例

南海是中国重要的海上门户,因其重要的战略地位以及丰富的资源贮藏,南海已成为域内外各方势力的角力场,是我海洋方向捍卫国家主权、维护海洋权益的斗争聚焦区。新形势下维护南海海洋权益是实现走向深蓝建设海洋强国的重要一环。文章研究南海权益护持的创新手段,着眼当前南海复杂多变的新形势,聚焦武器装备发展革新的前沿,以无人水面航行器为例,提出维护海洋权益的新思路,以期为在南海方向遂行军事任务,增进快速反应能力以启示。

无人水面航行器全局路径规划方法研究

针对无人水面航行器(unmanned surface vehicle,USV)的路径规划问题,提出了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和费马螺旋曲线(Fermat’s spiral,FS)的全局路径规划算法。首先,采用PSO全局路径规划算法,搜索航路点序列并将其顺序连接,以获得可行、最短且绝对安全的折线路径。其次,利用FS曲率可从零变化且连续的特点,设计FS光顺折线路径策略,使得所规划路径的方位和曲率均为连续函数,进而可应用于精确的路径跟踪等运动控制中。考虑到USV的机动性能限制,在FS过渡曲线设计中加入了最小回转半径约束。仿真结果表明,本文所提方法能够生成一条满足USV自身机动性能限制,且方位和曲率均为连续函数的可行光滑路径,从而能够使得USV实现真正意义上的完全自主航行。

基于一种水面航行器自调节防浪阀的研制

首先介绍了水面航行器自调节防浪阀的主要功能,然后对防浪阀的结构组成及其密封形式和动作原理进行了较详细介绍。

接近水面航行时水翼的性能

全浸式水翼接近水面航行时的性能试验在日本神户商船大学的船模拖曳水池进行，试验中采用测力计测量了其升力和阻力。同时还在神户商船大学的船模试验水池和循环水槽中观测了水翼周围的水流特性，供试水翼采用玻璃钢手工制作。翼剖面类型为NACA2410型。试验变量包括攻角、浸深和进速。为了能详细地探讨分析水翼的性能和水流特性之间的关系，对其浸深和进速进行了多种变化。试验结果概括如下：（1）在低傅氏数范围内，水翼性能急剧变化；（2）在小浸水深度情况下，在以浸深定义的傅氏数范围（Fr-I=1.0-1.3)内，升力性能显著下降，并在Fr-I=1.1的附近，升力下降到最小值；（3）在此附近，恰好在水翼的上面可观察到碎浪现象，碎浪以进速向相反方向位移；（4）在大浸水深度或大傅氏数Fr-I的情况下应用了沃德林（Wadin)估算法，但是在水面效应对水翼性能影响较大的范围内，不能应用该估算法。

波浪中近水面航行时潜艇波频运动响应的理论预报与验证

用Frank源分布－紧密拟合法对一带鳍潜艇的剖面流体动力进行数值计算，然后通过STF方法妥该潜艇波浪中近水面航行时的波频运动响应。计算结果与中国船舶科学研究国心（CSSRC）耐波性水池首次进行的潜艇自航模近水面耐波性试验的结果进行了比较，相符程度令人满意。证实了本文方法和程序对潜艇近水面运动的波频响应进行预报可获满意的结果，具有实用性。也表明了在耐波性水池中对水客性良好的潜艇自航模，采用自动操舵系统控制浸深和航向，进行近水面耐波性试验是成功的。

基于YOLOv5⁃DeepSORT融合的低帧率水面航行多目标跟踪算法

针对游弋舰船或近水面航行的潜艇等目标在低帧率或视频图像中缺失部分帧情况下,跟踪目标帧与帧之间存在较大差距,导致跟踪精度下降、效率低的问题,提出一种基于YOLOv5与DeepSORT融合的水面航行多目标跟踪算法。首先,引入超分辨率重建网络对跟踪目标图像进行增强,以消除云雾及海浪对识别网络的干扰,使图像中目标特征清晰化;其次,在YOLOv5中引入ShuffleAttention注意力模块以增强识别网络对目标特征的提取能力;最后,在DeepSORT算法级联匹配中引入欧氏距离匹配替代IOU匹配,以此提升目标跟踪精度。仿真结果表明,本文算法的跟踪效果良好,改进的YOLOv5模型相对mAP50⁃95值提升了9.4%;在DeepSORT跟踪网络中,跟踪准确率对比优化前提升了8.11%。

论水面自主航行船舶远程操作人员的法律地位

随着智能船舶技术的飞速发展,水面自主航行船舶与传统商船同时运营将是大势所趋,如何更好地平衡技术创新与立法监管,预判监管需求与风险点,是亟须研究和解决的重要事项。基于水面自主航行船舶在主体属性上被认定为船舶的法律证成,通过汇总分析国际公约、各国立法、国内法律法规、行业标准及各国IMO提案,对“远程操作人员”术语的内涵与外延予以界定,并从远程操作中心功能、远程操作人员职责与技能、船舶安全、船员职业升级等角度对远程操作人员的船员属性予以证立。

中尺度涡观测任务中自主式水面水下航行器的进化神经网络控制器研究

针对现有观测手段难以实现中尺度涡目标性强、高机动性、高随机性以及时空同步的高精度观测这一问题,本文采用自主式水面水下航行器(ASUV)这一现场观测的新手段,通过进化神经网络控制器,实现对中尺度涡的高精度实时跟踪,从而进行水下垂直结构的采样观测。同领域内最新的控制算法相比,进化神经网络的方法对中尺度涡跟踪的精度更高,对卫星数据依赖更少。仿真实验结果表明,ASUV在整个跟踪过程中都能够达到1 km附近的跟踪精度。本文给出了中尺度涡跟踪精度的详细量化评价结果,并在仿真环境中控制ASUV对中尺度涡的水下垂直结构进行了采样,为实现中尺度涡现场三维精细化观测奠定了基础。

多自主水面航行器协同编队控制研究现状与进展

自主水面航行器(autonomous surface vehicle,ASV)的协同编队是协同领域中重点研究方向,协同编队的发展对人类社会具有重要意义.本文针对多ASV协同编队,对该领域相关问题的研究进展进行了综述,包括:1)论述了多ASV协同编队研究现状,包括协同编队定义、难点及讨论; 2)分析了多ASV协同编队主要策略及相关研究进展,包括协同跟随策略、领航与跟随策略; 3)对协同编队网络下的干扰约束及解决方法的研究进展进行了综述,包括洋流干扰及通信约束; 4)从最优角度出发,对编队中路径规划问题进行了总结分析; 5)从安全角度出发,分析了编队中避碰问题的研究进展; 6)陈述了多ASV协同编队存在的问题,并给出了未来研究方向.

潜艇近水面定深航行时的变结构控制方法研究

用自由递阶的变结构控制（ＶＳＣ）方法研究了在二阶波浪力干扰下，潜艇近水面航行时的定深控制问题，并分析了各控制参数对控制性能的影响。通过与ＰＩＤ控制方法的比较，表明本文设计的变结构控制系统具有较高的控制精度和较强的适应性。

MSC 99及海上自主航行水面船和有关SOLAS修正案简介

海上安全委员会第99届会议(MSC 99)围绕"海上自主航行水面船"(MASS)的术语、定义、目标和自主等级进行了讨论。目前尚无正式的自主等级的定义,拟议中的自主等级包括四级。MSC 99以MSC 380(94)决议通过了SOLAS修正案(2018年5月24日通过),预计2020年1月1日生效,该修正案对SOLAS第II-1、IV章和附录作出修正。"目标型新船建造标准"(GBS)是国际海事组织(IMO)的一项战略计划,其具有5个层面,IMO已通过了与GBS有关的SOLAS修正案。MSC 99原则批准了经修订的《散货船和油船目标型船舶建造标准符合性验证指南》的海安会决议草案,以期MSC 100通过;并同意该指南应于其通过后一年生效。文中列出了MSC 99通过的17 项MSC决议。