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无人机船详解以及关键技术

行业资讯 2020-07-10 13:46

        无人机船是海洋技术发展的产物,海洋技术发展目的是为了提升获取数据的精度、准度、广度以及连续性,同时提高获取数据过程的安全性并降低其成本。海洋技术分两个大方向,一是平台技术或称运载技术,主要指搭载体的设计、开发及应用等,另一个是传感器技术或称载荷技术,主要指仪器设备的设计、开发及获得数据的解析、存储和处理等。从学科方向划分上来讲,狭义的无人船属于海洋技术领域的平台技术。因此,无人船的核心技术与海洋技术领域的核心技术是一致的,实质就是围绕任务目的、载荷原理、使用环境特点,以应用开发、功能开发为主体的系统设计,其关键技术主要包括以下几个方面:

⒈特型平台设计技术

      围绕任务载荷原理、使用要求、作业方法等,对平台进行针对性设计,如振噪抑制、削弱航行扰动、动稳性优化、电磁兼容性优化等。常规海洋调测使用的仪器设备多为声学、光学、电化学接触式传感器。无人船吃水浅、布置空间紧凑,因此各种仪器设备容易受到平台振动、自噪声、航行过程中的晃动和产生的水花、气泡附面层以及电磁辐射和动力系统排放等的影响,造成数据质量和作业效率下降。因此在无人船设计方面,就需要从系统效能的角度出发,围绕任务载荷原理和对工作环境要求,对无人船从线形和结构设计、载荷布置方式、动力系统选型、推进装置优化、运动控制策略设计、供电系统设计等方面进行有针对性的特殊设计和处理。

⒉强扰动环境下的运动控制技术

      针对海洋动力环境中风、浪、流对水面载具的影响,开发欠驱动运动控制算法,实现如高精度循线航行、高海况自航、自守位等功能。常规海洋调测多采用循线走航探测或定点剖面观测的方式作业。无人船体量小、推力有限,且属于典型的欠驱动运动体,因此容易受到海面动力因素的扰动,出现偏航距超限、航向不稳定、失速及大幅度摇动导致甲板上浪甚至倾覆的情况。因此在无人船运动控制方面,需要设计基于定位、姿态数据的前馈控制进行运动补偿,通过无人船实时位置、航速、艏向、横纵摇、升沉数据,判断风、流的恒定扰动以及波浪的周期性扰动的强度、方向,结合无人船惯性力、阻力、恢复力运动模型,提前干预推力矢量输出,确保无人船能够在以较高精度循线航行,或在高海况下通过艏向、推力调节确保无人船不失速及发生大幅度横摇。

⒊通信技术

      针对高动态、多径效应影响突出的海面、水下复杂环境,开发健壮性强、稳定性好、低时延、高带宽的微波、水声通信技术。海上通信主要依赖微波(海面)和声学(水下)两种手段。无人船上建高度有限,且体量小、吃水浅、横纵摇、升沉幅值大,微波通信设备天线距水面高度小同时存在较大摇晃幅度的情况下,通信距离首先,且容易受水面多径效应影响造成信噪比下降,而水声通信由于带宽有限,往往只能进行极为有限的树下数据链支持。因此在无人船通信技术方面,需根据海洋环境的特殊性对通信系统进行设计,开发可应对高动态复杂水面环境的微波通信技术,以及更高带宽的水声通信技术,尤其是针对同构、异构平台间的多节点组网、跨介质通信,仍有较多难点需要解决。

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