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水上无人系统研究进展及其面临的挑战

2020-07-01 18:00 性质:转载 作者:AAS自动化学报 来源:AAS自动化学报 阅读:39
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水上无人系统主要包括无人艇和无人机,是未来执行水上救援、搜救和监测等水上任务的主要手段。本文综述了近年来国内外在水上无人系统方面的最新研究进展,包括企...

水上无人系统主要包括无人艇和无人机,是未来执行水上救援、搜救和监测等水上任务的主要手段。本文综述了近年来国内外在水上无人系统方面的最新研究进展,包括企业界和学术界在无人艇和无人机方面的探索和实践,介绍了水上无人系统研究在环境感知、航迹规划、避障和同质/异质自主体编队协同和海上弱小目标识别方面的研究成果,分析讨论了不同方向的研究特点和面临的挑战。

张卫东, 刘笑成, 韩鹏. 水上无人系统研究进展及其面临的挑战. 自动化学报, 2020, 46(5): 847−857.

我国拥有广袤的海洋国土,以及众多的河流湖泊。目前水上救援、搜救和监测等任务主要是由有人水面船艇完成,面临着力量有限、费用高、效率低、保障难和有人员伤亡风险等难题,对费用低、效率高和无人员伤亡风险的水上无人系统有非常迫切的需求。

在水上无人系统中,无人机和无人艇既可单独使用,亦可编队使用。有关单独使用的理论和工程研究均较多,关于编队使用则主要集中在理论研究领域,并且集中在同类个体编队,亦称为同质多自主体编队。对无人机和无人艇这两类不同自主体编队的研究则很少见。

无人机和无人艇协同

无人机的优点是搜索范围大和通信距离远,局限在于续航时间短;无人艇的优点是续航时间长,但是搜索范围小和通信距离近。如果能结合二者的优点,构成空海立体协同系统,就可大大提升系统完成复杂任务的能力。

空海协同技术的应用前景非常广泛。概括地说,凡是在水上应用无人机的地方就可能用到该技术。美军对这一颠覆性方向高度重视,2017年美国海军水面舰艇协会年会公布了空海协同系统概念图,由一艘无人艇携带多架无人机在海上执行作战任务,表示美国海军未来将列装此类系统。

美国海军空海系统概念图

空海协同巡逻搜救系统的研究不仅涉及到“机”的控制,还涉及到“艇”的控制;不仅涉及到图像处理技术,还涉及到协同控制技术;不仅涉及到硬件设计,还涉及到算法开发,面对的是个涉及多方面技术的非常复杂的系统。目前该方向的研究还处在初始阶段,有待于更多研究人员加入,开展更加全面深入的研究。本文对该方向涉及的无人艇、无人机、空海协同和弱小目标检测的研究进展进行了回顾,分析了当前该领域面临的挑战,期望能为该领域的研究提供最新的参考资料。

无人机水上着艇

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