若想要更智能和更鲁棒地引导和控制USV，自主航行系统至关重要。USV的通用自主导航系统结构如图6.1所示。在系统中，数据采集模块（data acquisition module，DAM）监控并获取各种船只的实时交通信息，以确定USV以及其他船舶的位置、航向和速度。根据导航传感器馈送的信息，随后路径规划模块（path planning module，PPM）根据特定的任务要求生成安全航行路径。高级控制模块（advanced control module，ACM）系统最终计算获得适当的控制指令，便于船只鲁棒且准确地沿轨迹航行。
图6.1 USV的自主航行系统
USV的早期发展大多集中在航行和控制模块上，其主要目的是让船舶准确地遵循预定轨迹航行。因为系统缺乏路径规划以及防撞能力，因此这些原型船只能执行简单的任务。自2005年以来，随着硬件技术的进步，使用人工智能的高级决策系统已经在NGC（Nvidia GPU Cloud）系统中实施，这使得大多数USV平台的自主性获得了提升，障碍物监测和避障能力得以成功整合，USV具有了执行更加复杂的任务的能力。下面回顾USV的代表性原型所采用的导航控制方法。
对于非军事应用，USV主要由美国和欧洲的几所顶尖大学和研究机构研发。例如，麻省理工学院开发了一系列USV，包括类似拖网渔船的ARTEMIS、自主双体船海岸探索系统（ACES）、AutoCat和SCOUT。这些USV证明了使用比例微分（PD）控制和基于航路点且使用差分GPS的自动航向控制的可行性。这些高端USV的应用场景包括水文数据收集和使用分布式声学导航算法的海底潜航器的水下定位。
里斯本DSOR实验室最初开发了自主双体船Delfim用于通信中继节点以协助由欧盟项目ASIMOV资助的AUV探测任务，任务完成后，该船又被转为一个独立项目，用于收集水深和海底地图数据。Delfim配备了姿态控制传感器、多普勒测距仪和差分GPS，通过融合这些传感器的数据以提供准确的导航信息，并采用增益调度控制理论创建一个跟踪控制器以控制船舶沿着预定的路径航行。
英国普利茅斯大学开发了自主双体船Springer，主要用于在浅水中进行污染物跟踪，环境和水文观测。它还可作为学术和科研机构的测试平台。该船将视距跟踪模块和控制系统集成以执行不同种类的任务。(www.xing528.com)
日本雅马哈公司开发了名为RB-26的无线电控制农业USV。该船主要部署在海田中，主要用于自动播种和施肥，在USV上安装了一个GPS罗盘，以获得精确度分别为1 m和0.5°的位置和航向信息，并使用PID技术控制USV，以遵循预定的路径来养护水稻。结果表明，RB-26 USV可以自动跟踪预定路径，但其跟踪性能可能受到风的影响。
其余的一些针对教育和民用应用研制的USV包括：由德国罗斯托克大学的Majohr和Buch设计和开发的“测量海豚”，其在浅水中具有定位精度高、路径规划准确的特性；由CNR-ISSIA Genova（意大利）开发的用于收集海面生物的自主双体船Charlie；Twichell等人开发了一款商业USV，该船能够生成牡蛎栖息地的三维地图并绘制浅海海岸地图。如图6.2所示为典型USV平台。
出于安全原因，关于军用USV的文献并不多。但是，有关现有平台的一些信息可以在评论文章中找到。例如，美国开发了基于Bombardier Sea Doo Challenger 2000平台的SSC San Diego USV，用作军事实验平台。SSC San Diego的航点的导航系统采用了两级系统，包括接收和解析来自控制单元（operation control unit，OCU）的路径消息，以及执行PID控制，同时集成了避障算法用于避免近距离碰撞。
此外，以色列的Silver Marlin USV受到了极大的关注。除了高度的自动化和先进的障碍物监测能力外，其搭载的避障传感器可以创建其周围的动静障碍物的全局画面。该船已作为多栖特种部队的装备开始服役，该部队包括无人机，作战舰艇和地面部队。近年来这种用于复杂行动的多栖装备合作变得愈发重要，与单一平台相比，多栖装备合作的好处包括更广阔的任务范围，更强的系统鲁棒性和容错弹性。
图6.2 典型USV平台
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
