海洋智能无人系统技术-水面监测关键技术

1）USV航行建模与控制技术

控制系统侧重于结合指导和导航系统提供的指令确定要产生的适当控制力和力矩，同时满足期望的控制目标。

为了实现控制方法设计和仿真研究的目的，必须有一个足够精确的USV模型来实现有效的控制设计，这反过来又要求事先研究精确的USV数学模型并合理设置模型参数。一般来说，标准的USV模型由运动学和动力学两部分组成，分别对应不同的船体结构设计。如何在适当条件下对模型进行简化并完成验证，也是USV控制策略的一大关键挑战。

从本质上说，控制策略的发展是围绕着4个不同的目标而进行的：①设定点调节问题；②轨迹跟踪问题；③路径跟踪问题；④路径机动问题。

同时在USV航行出现问题时如何自动化调节其航行状态，也是控制系统工作中一大重要挑战。

2）USV自主导航与路径规划技术

一个可行的自主导航与路径规划系统是增加USV智能化水平的重要组成部分，而更复杂和严格的约束条件下需要更先进的自主导航与路径规划功能来完成给定的任务，包括绘制不良的环境和实时计算要求。作为USV引导系统的基本方面，路径规划分为全球和本地两种，全球化路径规划有直接使用优化算法或启发性路径搜索算法两种，本地路径规划有视线法和势场法两种方法。为了确保USV在动态和危险环境中的从初期指定的航路点和动态变化航路点之间的安全有效的路径规划，最新的研究计划融合全球和本地路径规划方法，组成混合路径规划策略。

3）USV水面环境感知技术(www.xing528.com)

对USV的安全和有效控制在很大程度上取决于具有感测、状态估计、环境感知和情境感知能力的环境感知系统。

为了在现实环境中执行任务，USV通常需要具备监测障碍物、识别和跟踪目标以及绘制环境地图的能力，上述这些能力必然是实时进行的。此外，海洋环境中遇到的独特条件，如环境干扰（风、波浪和海流）、海雾和水的反射，也会影响环境感知的表现。根据预期应用的特征，USV的环境感知方法通常可以分为两类：被动感知方法及主动感知方法。

被动感知方法指的是采用视觉／红外传感器的感知方法，目前在USV中有着广泛的应用；而主动感知则主要依靠激光雷达、雷达和声呐设备来完成环境感知的信息获取。

同时，新型传感器也在水面环境感知中得到了应用，获取到的信息有助于USV的任务执行及导航路径规划。

4）水面无线通信网络技术

通信系统包括与地面控制站和其他设备的无线通信，可以帮助系统执行协作控制。在拓展USV海天耦合监测中，USV承担着关键节点的作用，与卫星、地面站、水下AUV、浮标等进行通信是USV承载的关键任务，因此通信系统的可靠性至关重要。