導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)人艇操縱性與智能控制技術(shù)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著技術(shù)迅速發(fā)展，無(wú)人艇操縱性能與智能控制技術(shù)逐漸趨于成熟，其體積小、隱蔽性強(qiáng)、航速高等特點(diǎn)是有人駕駛的艦艇所不能相比的。無(wú)人艇還能完成一些特殊任務(wù)，比如在情報(bào)偵察、監(jiān)視、反恐、掃雷等方面發(fā)揮著重要的作用，也受到了許多國(guó)家的重視。在不可預(yù)測(cè)的海洋環(huán)境中，無(wú)人艇要有靈活的操縱性能和精確的控制力來(lái)保證自身與其他船只的安全，因此需要加強(qiáng)無(wú)人艇的智能性來(lái)改善其工作的性能。本文主要針對(duì)無(wú)人艇操縱性與智能控制技術(shù)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：無(wú)人艇；操縱性；智能控制技術(shù)

隨著人工智能的發(fā)展，無(wú)人艇技術(shù)也逐漸智能化，從機(jī)械自動(dòng)舵發(fā)展成PID自動(dòng)舵，后來(lái)發(fā)展為智能式自動(dòng)舵[1]。無(wú)人艇技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中就進(jìn)行了使用，而其設(shè)計(jì)的最初目的是在沿海地區(qū)進(jìn)行排雷或者是進(jìn)行障礙物的清除，水面無(wú)人艇是一種新型智能水面機(jī)器人，能夠收集情報(bào)、掃雷、偵察、監(jiān)視、搜救、導(dǎo)航等，也是許多國(guó)家重要的發(fā)展研究的產(chǎn)品。并且我國(guó)無(wú)人艇的研發(fā)與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距，但是面對(duì)未來(lái)發(fā)生在海上的沖突，可以降低士兵的生命危險(xiǎn)，不必再潛入水中進(jìn)行勘測(cè)。并且智能技術(shù)的使用也讓無(wú)人艇的自適應(yīng)性、穩(wěn)定性、魯棒性等控制性能上有了明顯的改善和提高。

1無(wú)人艇的發(fā)展背景

如今的科技發(fā)展十分迅速，就連戰(zhàn)爭(zhēng)也從以往兵刃相接的冷兵器時(shí)代轉(zhuǎn)化為如今的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)，其中，無(wú)人艇領(lǐng)域就能夠占據(jù)其中的重要一部分，無(wú)人艇的用處有很多，不僅僅是在深海探索中，在我國(guó)軍事上的作用也占據(jù)十分重要的地位。無(wú)人艇的特點(diǎn)有很多，靈活、隱蔽性強(qiáng)、不需要要額外的駕駛員，能夠有效的避免人員傷亡，受到許多國(guó)家的青睞。在現(xiàn)代中國(guó)的無(wú)人艇中有著著名的搭載了導(dǎo)彈武器的無(wú)人艇“瞭望者Ⅱ”，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)他有著十分重要意義，他不僅僅是作為中國(guó)的第一艘無(wú)人潛水艇，更是搭載了先進(jìn)的武器系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)，是名副其實(shí)的“水下殺手”，為這艘無(wú)人艇提供技術(shù)支持和制造的云洲聯(lián)合西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所、華中光電技術(shù)研究所不僅僅為其設(shè)計(jì)了優(yōu)秀的體積并且在其搭載了十分先進(jìn)的定位系統(tǒng)，由于高精密雷達(dá)和自身優(yōu)的成像系統(tǒng)，“瞭望者Ⅱ”無(wú)人艇不僅僅可以實(shí)現(xiàn)四枚導(dǎo)彈同時(shí)發(fā)射，而且能夠?qū)⑸鋼艟瓤s小在一米內(nèi)，相較于普通的無(wú)人機(jī)以及無(wú)人車來(lái)說(shuō)，水下無(wú)人艇的技術(shù)更為復(fù)雜，制造成本以及難度都很大，而正式由中國(guó)自主研發(fā)的水下無(wú)人艇的正式投入使用，不僅僅標(biāo)志著我國(guó)巨大的科研力量，而且提升了中國(guó)的國(guó)際地位以及軍事領(lǐng)域的地位[2]。

2探究無(wú)人艇的內(nèi)部營(yíng)造

對(duì)于無(wú)人艇的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多儀器和提高其強(qiáng)度是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)可以保證其安全有效的進(jìn)行作業(yè)，因此對(duì)于無(wú)人艇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要付出相當(dāng)?shù)男难虼巳绾沃圃煲环N相對(duì)成本較低且實(shí)用性高的結(jié)構(gòu)。就成為了需要解決的問(wèn)題。而對(duì)于無(wú)人艇在水下作業(yè)而言。分層次的結(jié)構(gòu)對(duì)其來(lái)說(shuō)是為更好的結(jié)構(gòu)。因此設(shè)計(jì)無(wú)人艇的專家們，進(jìn)行了三層設(shè)計(jì)。對(duì)于無(wú)人艇來(lái)說(shuō)，三層設(shè)計(jì)包含了對(duì)其發(fā)出指令的指示級(jí)，對(duì)其整體各個(gè)部分的零件以及感受器反饋的信號(hào)進(jìn)行匯總及分析的協(xié)調(diào)級(jí)，對(duì)其命令進(jìn)行的分配以及組織的組織級(jí)，這種分級(jí)結(jié)構(gòu)的建立有助于調(diào)節(jié)無(wú)人艇在實(shí)際情況中的各種問(wèn)題。由于無(wú)人艇的精度一旦提高與之相反的智能程度就會(huì)下降，而相反智能程度的增加，也會(huì)帶來(lái)無(wú)人艇精度的下降。這三種結(jié)構(gòu)的存在就能夠在其一種結(jié)構(gòu)失效時(shí)能夠由其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行代替和工作。完美的解決了，在實(shí)際情況中一旦出現(xiàn)問(wèn)題就不能運(yùn)行的問(wèn)題。這種結(jié)構(gòu)我們稱之為混合式結(jié)構(gòu)，而混合式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也能使無(wú)人艇像人類一樣能夠?qū)λ幍那闆r進(jìn)行分析思考以及做出回應(yīng)，因此無(wú)人艇可以擔(dān)任在許多情況中的危險(xiǎn)任務(wù)。而其產(chǎn)生故障的概率大大降低，能夠使其擁有高適應(yīng)能力的特點(diǎn)，在我國(guó)的軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中有著不俗的作用，提升我國(guó)的軍事力量。

3無(wú)人艇智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

對(duì)于無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)是智能的，由主要的智能控制中樞來(lái)進(jìn)行對(duì)傳速航行方向，周邊環(huán)境以及航行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。由于所處環(huán)境的不確定行以及復(fù)雜程度較大，而對(duì)周邊的這些問(wèn)題進(jìn)行解決，只能靠混合式體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于無(wú)人艇的導(dǎo)航系統(tǒng)配備有慣性導(dǎo)航、GPS、水聲、導(dǎo)航雷達(dá)、測(cè)深儀、光學(xué)等設(shè)備。這些設(shè)備通常都各有優(yōu)缺點(diǎn)[3]。故為聯(lián)合使用，用以提高探測(cè)的精準(zhǔn)度，減少探測(cè)過(guò)程中的誤差。因此使用多設(shè)備探測(cè)數(shù)據(jù)融合的方法有利于提升導(dǎo)航精度，能夠有效的提升導(dǎo)航效率，對(duì)于少量設(shè)備提升自身精準(zhǔn)度的方案難度較大，這和現(xiàn)有艦船的組合導(dǎo)航原理是一樣的。正是由于混合式體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)良特點(diǎn)，能夠?qū)⒍喾N傳感器以及探測(cè)器聲納等硬件完美的結(jié)合起來(lái)，而進(jìn)行合理的分配以及調(diào)整收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的探測(cè)以及相應(yīng)指令的安排。而且要實(shí)現(xiàn)無(wú)人艇智能運(yùn)動(dòng)控制，必然離不開(kāi)高級(jí)計(jì)算機(jī)以及硬件的幫助，除此之外還需要更多的傳感器，導(dǎo)航設(shè)備，環(huán)境檢測(cè)設(shè)備，無(wú)線通訊設(shè)備等一系列的硬件設(shè)備，來(lái)維持其對(duì)外界環(huán)境的探測(cè)。而對(duì)于船舶本身的運(yùn)動(dòng)是具有無(wú)規(guī)律、大時(shí)滯、慣性大的特點(diǎn)，容易受到海風(fēng)海浪等外界因素的干擾，無(wú)人艇的運(yùn)動(dòng)控制原理就是進(jìn)行復(fù)雜的無(wú)規(guī)律、不確定性系統(tǒng)的控制。在水面上的艦船只需要自身架設(shè)螺旋槳和舵即可進(jìn)行操控，屬于使用轉(zhuǎn)舵力矩和螺旋槳縱向推力，控制船身進(jìn)行多方向的運(yùn)動(dòng)，屬于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。故為了實(shí)行無(wú)人艇的控制，總體上為船舶的控制系統(tǒng)加入理想的線性數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)。但在實(shí)際的情況中，無(wú)人艇的的水動(dòng)力系數(shù)并不是確定的值，而是隨著外界因素的影響不斷地變化，因此獲得精確的數(shù)值較為困難。最近，在無(wú)人艇的最新研究中，新的魯棒控制理論被植入到無(wú)人艇的控制系統(tǒng)中，但實(shí)際情況中的風(fēng)浪流干擾等因素對(duì)與控制系統(tǒng)的影響，至今還沒(méi)有找到合適的解決方案。尤其是在高海況下，各種海上因素?cái)_動(dòng)的集合，海內(nèi)的阻力，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量誤差增大，對(duì)無(wú)人艇的精確控制的難度較大[4]。特別是無(wú)人艇排水量不高，但航行速度快，高海況下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的幅度遠(yuǎn)大于人為操控艦船，無(wú)人操控難度更大。主要表現(xiàn)在，大于3級(jí)海況后，船身的失速較為明顯，在航行過(guò)程中對(duì)航向角的保持困難，預(yù)定軌跡與標(biāo)準(zhǔn)航線產(chǎn)生較大的偏離。故需要進(jìn)行多種海況模擬的控制模型，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人艇的精準(zhǔn)控制。但由于如今科技的局限性，還并不能完美的實(shí)現(xiàn)無(wú)人艇對(duì)外界環(huán)境判斷以及自身調(diào)整，未來(lái)在相關(guān)領(lǐng)悟升級(jí)的空間還是較為充足，期待在不久的將來(lái)無(wú)人艇的技術(shù)積累的更加豐富，能夠研發(fā)出更為智能的無(wú)人艇。

4無(wú)人機(jī)的通訊系統(tǒng)

對(duì)于無(wú)人艇的通信系統(tǒng)設(shè)立，在海上無(wú)人裝備的重要性就尤為明顯。由于無(wú)人船艇在進(jìn)行無(wú)人控制時(shí)肯定需要與地面緊密的聯(lián)系。而通信過(guò)程的中斷，意味著無(wú)人艇失聯(lián)以及失去控制。因此，在出現(xiàn)無(wú)人艇的通信問(wèn)題的時(shí)，為了對(duì)安全考慮，第一任務(wù)是進(jìn)行停機(jī)，放棄對(duì)無(wú)人艇進(jìn)行控制使其自由漂泊，原地等待通信修復(fù)。而如今的無(wú)人艇還不夠智能，尚不能進(jìn)行遠(yuǎn)程的自我返回。這在某種意義上來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)有效通訊的范圍，就是無(wú)人艇執(zhí)行任務(wù)時(shí)的屏障。而對(duì)于美國(guó)“海獵手”無(wú)人艇能夠?qū)崿F(xiàn)全自主的執(zhí)行任務(wù)，其密布全國(guó)的的地、天、海洋通信網(wǎng)絡(luò)多方傳輸，起到了非常關(guān)鍵的作用。對(duì)于傳統(tǒng)海上船舶進(jìn)行通信時(shí)，位于海上的無(wú)線通信、衛(wèi)星通信和陸地的移動(dòng)通信共同組成了海洋通信網(wǎng)絡(luò)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等多方信息傳輸。對(duì)于海上進(jìn)行無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)的成本雖然不高，但無(wú)限電的覆蓋范圍有限，并且容易受到海上天氣、磁場(chǎng)的影響；對(duì)于海上衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可以做到提供全球覆蓋，但其高昂的價(jià)格以及低速率的通訊有待優(yōu)化;而蜂窩的通訊應(yīng)用到海洋能提供高速率、低價(jià)格的通信服務(wù)，但其覆蓋范圍十分有限[5]?，F(xiàn)如今，國(guó)家對(duì)于無(wú)人艇主要采用無(wú)線電進(jìn)行通訊，但重點(diǎn)是5~10海里內(nèi)的帶寬的可靠通信問(wèn)題，對(duì)通訊的信號(hào)進(jìn)行有效的安全的保障；同時(shí)，要考慮無(wú)人艇在通訊信號(hào)差的環(huán)境下，應(yīng)具備實(shí)現(xiàn)自身的多方傳感器以及智能計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，在一定的時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行安全、自主的航行。而對(duì)于中大型無(wú)人艇，需要進(jìn)一步研究通訊問(wèn)題[6]。

5無(wú)人艇的優(yōu)勢(shì)

在不斷的戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)展至今的無(wú)人艇也隨之變得更加的現(xiàn)代化、智能化，如今的戰(zhàn)爭(zhēng)主流更傾向于無(wú)人領(lǐng)域以及自動(dòng)化、智能化的領(lǐng)域發(fā)展，針對(duì)于無(wú)人艇的作戰(zhàn)方式也就會(huì)有許多的領(lǐng)域供其進(jìn)行軍事作業(yè)，對(duì)于無(wú)人艇的優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)人駕駛及在水下的高機(jī)動(dòng)行以及強(qiáng)隱蔽的特點(diǎn)受到許多下國(guó)家的青睞，對(duì)于我國(guó)的軍事領(lǐng)域的進(jìn)步也有著重要作用，對(duì)于現(xiàn)代科技戰(zhàn)爭(zhēng)中的優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其主要的優(yōu)點(diǎn)有如下幾方面：首先，在偵察領(lǐng)域，無(wú)人艇可以說(shuō)的上是其中的領(lǐng)頭軍，優(yōu)異的機(jī)動(dòng)力和不易被發(fā)現(xiàn)的隱藏手段，能夠使其在進(jìn)行對(duì)島嶼、港口、海上分界線環(huán)境中大展拳腳，對(duì)其目標(biāo)實(shí)行隱蔽的打擊，在現(xiàn)代的戰(zhàn)爭(zhēng)中有著重要作用。其次，在進(jìn)行對(duì)地攻擊時(shí)，可以輔助對(duì)地人員進(jìn)行攻擊，打亂敵人的防守線。再次，沒(méi)有駕駛?cè)藛T的無(wú)人潛艇，不僅可以攜帶不同種類的武器，根據(jù)任務(wù)需要還可進(jìn)行探查、搜尋等功能。最后，攜帶水下武器的無(wú)人艇也可以進(jìn)行聯(lián)合行動(dòng)，配合水面上的人員及武器裝備共同實(shí)現(xiàn)來(lái)聯(lián)合打擊，實(shí)現(xiàn)更加靈活的攻擊方式。

6結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，各種工具的智能化、無(wú)人化的也成為當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)人艇相關(guān)技術(shù)可以用于邊防巡邏、海洋研究、海洋測(cè)量、天氣預(yù)報(bào)、海洋生物監(jiān)測(cè)、搜索、營(yíng)救、對(duì)爆炸裝置的探測(cè)等。無(wú)人艇在民用或是軍用方面都具有廣泛的運(yùn)用前景，因此，需要繼續(xù)在無(wú)人艇的操縱性和智能性來(lái)進(jìn)行探究，改善其工作的性能。

參考文獻(xiàn)

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[6]鄒澤.基于互聯(lián)網(wǎng)的水面無(wú)人艇性能遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的初步研究[D].江蘇:江蘇科技大學(xué),2018.

作者：鄭國(guó)權(quán) 單位：嶺南師范學(xué)院