无线遥控艇的控制系统设计文献综述

文献综述

一、文献综述与调研报告

1、选题依据和意义

近年来，无人驾驶汽车逐渐为大众所熟悉。谷歌公司是无人驾驶汽车研发领域的先锋，2014年5月，该公司宣布其无人驾驶汽车项目正在向排除人为干预的全自动方向发展，期望几年内能开展公路试驾。无人机也在试图走进人们的生活，除军事用途外，亚马逊创始人贝索斯在2013年12月宣布利用无人机开展递送服务的计划。在无人驾驶领域，相比于无人机、无人汽车，无人船艇的发展处于相对落后的状态。

智能化一直是船舶发展的趋势，近年来，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进，船舶自动化水平不断提高，无人船艇的实现有了科技支撑，无人驾驶船舶航行于全球有了实现的可能性。

无人船艇包括具有自主规划、自主航行、自主环境感知能力的全自主型无人船艇，以及非自主航行的遥控型无人船艇和按照内置程序航行并执行任务的半自主型无人船艇。它集船舶设计、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体，研究内容涉及自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等多方面，可根据其作战或使用功能的不同，采用不同的模块，搭载不同的传感器及设备，执行情报收集、监视侦察、扫雷、反潜、反恐、精确打击、搜寻救助、水文地理勘察、中继通信等任务。^[1-5]

无线遥控艇具有体积小，操作灵活方便，造价低，设计相对简单等特点，同时也可作为多种工具的载体平台进而实现更多智能化的作用。而无线遥控艇作为无人船艇的基础部分加以深入研究可作为无人船控制系统设计的入门之作。

2、国内外发展现状及应用前景

早期遥控艇：遥控船艇的发展最早可追溯到1898年，当时著名发明家尼古拉·特拉斯发明了名为“无线机器人”的遥控艇。遥控艇在实战中的首次亮相是在二战时期，最初只作为一次性的制导武器使用。二战后期，美国海军曾通过在小型登陆艇上加装无线电控制的操舵装置和扫雷装置，用于浅海雷区扫雷作业。二战结束后，遥控艇主要用于扫雷和战场损伤评估等任务。^[6-8] 20世纪50年代，前苏联曾利用小型遥控式无人水面艇，用于向敌舰发动自杀式攻击；^[9]在60年代后期，美国将V-8汽油机驱动的7 m长玻璃钢小艇改装为“拖链式”遥控扫雷艇，以执行越南境内的扫雷作业。^[9]20世纪七八十年代，由于技术的限制，无人船艇的发展并未获得很大突破，主要用于军事演习和火炮射击的海上靶标。^[10] 20世纪90年代，随着人们对无人船艇认识的深入，无人水面艇在反潜、反水雷、海上侦察监视、目标搜索等方面的潜能渐渐显露出来。^[11]

现代遥控艇：进入21世纪，随着通信、人工智能等技术的发展，制约无人船艇发展的诸多技术瓶颈得以部分解决，各国加大了无人船艇的研发力度，无人船艇迎来了一段高速发展期。^[12-16] 2011年9月美国海军研制的模块化三体无人快速侦察艇“X-2”号，既可利用风能同时也配备电动引擎，通过无线电和GPS来控制，反应灵敏，行动精确。^[17]除国防军事上的应用外，无人艇在民用领域挥的作用也越来越大。2014年上海大学研制的“精海”系列无人艇配备北斗导航系统，可实现自主定位、航迹自主跟踪、航迹线远程动态设定、障碍物自主避碰等技术。^[17]这一时期的无人艇在技术上有了很大的提高，在军事和民用及科研中大放异彩，凸显出半自主和全自主性的发展趋势；大多采用模块化设计，注重功能多样性，从单一的扫雷和靶船到反潜、港口警戒、后勤保障等综合功能。同时，其动力系统从传统的汽油或者柴油发动机推进系统开始转向电力推进、利用太阳能、风能等新能源动力系统，极大提高了续航能力。