方案背景分析

今年2月，美國(guó)、挪威、丹麥等9個(gè)IMO成員國(guó)向海上安全委員會(huì)提交了在無(wú)人船領(lǐng)域確定立法范圍的方案。此外，美國(guó)、英國(guó)等國(guó)已啟動(dòng)無(wú)人船的國(guó)內(nèi)立法程序。

在國(guó)內(nèi)，我國(guó)正在全面推進(jìn)的“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”“智慧交通”等戰(zhàn)略規(guī)劃明確提出了“提高船舶智能化水平，培育智能船舶等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提升水上交通運(yùn)輸數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平”的發(fā)展方向和工作要求。

戰(zhàn)略路徑清晰，我國(guó)船舶工業(yè)屆推進(jìn)船舶數(shù)字化、智能化步伐正加速……

下面是無(wú)人艇用光電系統(tǒng)解決方案的解說(shuō)。

方案需求分析

在技術(shù)上無(wú)人艇相對(duì)于無(wú)人機(jī)的技術(shù)難度更大：

海況比空中更復(fù)雜?？罩兄饕紤]空氣動(dòng)力學(xué)，而無(wú)人船面對(duì)的則是水，流體不僅要面對(duì)推力，更要面對(duì)各種涌動(dòng)。因此，流體的建模非常復(fù)雜，而且現(xiàn)在一直做的都不是特別好，這是目前行業(yè)性的難題。

海上的障礙物更多。無(wú)人機(jī)空中飛行的障礙物是相對(duì)較少的，而水面行駛則要面臨包括島礁以及其他船只等各種障礙物。

無(wú)人機(jī)一般風(fēng)過(guò)大時(shí)便不能起降了，但無(wú)人船則要求承受更大的風(fēng)浪，無(wú)人船除了生命保障系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)跟有人船的要求都是一樣的。這些都意味著無(wú)人船的避障相比無(wú)人機(jī)會(huì)難更多。

“船在海上的姿態(tài)會(huì)有 3 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，俯仰、偏航和滾動(dòng)。所以，控制系統(tǒng)是無(wú)人船的核心也是難點(diǎn)?！睆埡２ū硎?。

據(jù)了解，控制的基本過(guò)程主要有三步，首先是輸入，通過(guò)各種傳感器找到無(wú)人船的狀態(tài)，并比較這個(gè)狀態(tài)跟理論狀態(tài)有沒(méi)有偏差，然后通過(guò)設(shè)定的控制規(guī)律修正這個(gè)偏差，之后再測(cè)量輸入，循環(huán)往復(fù)。張海波介紹其中便涉及到 3 個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：

問(wèn)題一，為了更全面地了解無(wú)人船周邊的情況，可能會(huì)用到各種傳感器，包括雷達(dá)、攝像頭、聲吶等等，但問(wèn)題就在于如何融合這些傳感器所采集的數(shù)據(jù)。張海波表示，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)基本解決了，但到了產(chǎn)品化方面還是有些困難。

問(wèn)題二，對(duì)無(wú)人船而言制導(dǎo)也是一個(gè)難點(diǎn)，知道了無(wú)人船的狀態(tài)，但怎么修正？其實(shí)即使是對(duì)于稍微簡(jiǎn)單的空氣，由于溫度等因素，人類也是很難做出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方程的，因此需要進(jìn)行大量的風(fēng)洞試驗(yàn)，而流體則更復(fù)雜，需要做類似風(fēng)洞試驗(yàn)的實(shí)地測(cè)試。而且，即使是通過(guò)了這個(gè)試驗(yàn)，其與真實(shí)海況也還是不一樣的。

問(wèn)題三，如何執(zhí)行制導(dǎo)方案？由于慣性，船制動(dòng)和倒車的滯后是很長(zhǎng)的，如何操作船上的舵之類的設(shè)備也是一個(gè)問(wèn)題。

產(chǎn)品案例資料

以下這款采用穿浪三體船型、刀鋒式船艏設(shè)計(jì)，航行更平穩(wěn)，同時(shí)具備雷達(dá)隱身功能，能夠很好的應(yīng)用在海洋調(diào)查、海洋測(cè)繪、勘測(cè)和安防巡邏。

武警抗洪搶險(xiǎn)無(wú)人偵察船 ZC40

該船可應(yīng)用于環(huán)保監(jiān)測(cè)、科研勘探、水下測(cè)繪、搜索救援、安防巡邏乃至軍事應(yīng)用領(lǐng)域，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了搭載無(wú)人機(jī)、潛水器實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。

海洋測(cè)量無(wú)人艇

光電系統(tǒng)原理

光電系統(tǒng)賦予小型無(wú)人艦更多任務(wù)，使它們不僅能伴護(hù)大型戰(zhàn)艦，還能有更多功能。紅外熱像儀旨在提高艦載光電傳感器的能力，大幅增強(qiáng)水面艦的偵察監(jiān)視能力。”穿透遮擋進(jìn)行成像"，力求使水面艦和潛艇乘員能穿過(guò)霧、霾、雨、雪的遮擋捕獲到目標(biāo)圖像。

克服天氣障礙——濃霧。霧中的細(xì)小水汽顆粒會(huì)讓光發(fā)生散射，會(huì)導(dǎo)致乳白化天氣條件，即便是如今最先進(jìn)的光電傳感器也無(wú)法穿透它。

光電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

光電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，在低角情景下，光電系統(tǒng)不受鏡面效應(yīng)或天線掃掠的影響，能夠很好地解決低角度跟蹤問(wèn)題。和雷達(dá)相比，光電系統(tǒng)能夠較好地對(duì)付慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、雷達(dá)反射截面積小的目標(biāo)和雜波環(huán)境中的目標(biāo)。

美國(guó)研制的SeaFLIR 230陀螺穩(wěn)定塔系統(tǒng)，屬于艦載光電系統(tǒng)的一種，可用于執(zhí)行偵察、監(jiān)視和目標(biāo)捕獲、海上搜救、水面搜索、隱蔽作戰(zhàn)、態(tài)勢(shì)告警及輔助無(wú)人駕駛等任務(wù)。

方案運(yùn)用領(lǐng)域

1.無(wú)人艇主要用于執(zhí)行危險(xiǎn)以及不適于有人船只執(zhí)行的任務(wù)。一旦配備先進(jìn)的控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和武器系統(tǒng)后，可以執(zhí)行多種戰(zhàn)爭(zhēng)和非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事任務(wù)，比如，偵察、搜索、探測(cè)和排雷；搜救、導(dǎo)航和水文地理勘察；反潛作戰(zhàn)、反特種作戰(zhàn)以及巡邏、打擊海盜、反恐攻擊等。

2.觀察和識(shí)別功能，加強(qiáng)艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合能力，縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。

比如導(dǎo)彈的探測(cè)和告警。對(duì)于導(dǎo)彈防御而言，已經(jīng)不單單是依靠雷達(dá)的問(wèn)題，還需要紅外傳感器來(lái)改善探測(cè)導(dǎo)彈的能力，特別是在對(duì)付高速、低雷達(dá)截面目標(biāo)以及由于干擾或不良傳播條件而使雷達(dá)性能退化。

另一種艦載光電系統(tǒng)，法國(guó)推出的VIGY OBSERVER多傳感器觀察系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種緊湊型圈景陀螺穩(wěn)定多傳感器觀察系統(tǒng)，適合安裝到巡邏艦等小型船只上。

光電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域是支援艦載雷達(dá)。當(dāng)雷達(dá)需要靜默的時(shí)候，光電系統(tǒng)可以為艦艇防御提供支援。當(dāng)光電系統(tǒng)能夠跟蹤特定目標(biāo)時(shí)，艦載雷達(dá)將有更多的時(shí)間和能量用于執(zhí)行其他功能。第四個(gè)任務(wù)是紅外搜索和跟蹤。在艦艇試圖進(jìn)行“隱身”的特殊情況下，采用紅外搜索和跟蹤這種被動(dòng)的探測(cè)和跟蹤設(shè)備，水面艦艇仍然可以具備一定的對(duì)空和對(duì)海監(jiān)視能力。