《水面無人艇技術(shù)》以水面無人艇的基本技術(shù)體系為框架,對研究水面無人艇的理論方法逐一梳理介紹,并針對性地給出相關(guān)實例說明。全書共分為12章,主要從水面無人艇總體與船型、環(huán)境理解與建模、決策與規(guī)劃、集群協(xié)同等技術(shù)方向進行闡述,力求向讀者提供研究水面無人艇技術(shù)的有益參考和幫助。
本書為水面無人艇科技工作者提供專業(yè)用書,也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。
進入21世紀,各種新技術(shù)、新發(fā)明、新發(fā)現(xiàn)層出不窮。其中,無人平臺相關(guān)的新發(fā)展、新動向不斷見諸各類媒體。各類無人平臺結(jié)合了人工智能的發(fā)展,是21世紀科技領(lǐng)域一顆顆璀璨耀眼的明星。水面無人艇即是無人平臺大家族中極其重要的一員,它的誕生和發(fā)展將對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生非常重要的影響。為了方便廣大讀者更好地了解水面無人艇的相關(guān)技術(shù)和知識,特撰著此書。
本書系統(tǒng)地介紹了水面無人艇的概念內(nèi)涵、研究動態(tài)及相關(guān)技術(shù)知識。內(nèi)容包括水面無人艇的基本知識、總體技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)、決策規(guī)劃技術(shù)、控制技術(shù)、導(dǎo)航通信技術(shù)、集群協(xié)同技術(shù)、任務(wù)載荷技術(shù)、搭載技術(shù)以及目前較為新穎的水面無人艇。
其中,第1章由蘇玉民編著,主要介紹水面無人艇的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,以及應(yīng)用前景。第2章由莊佳園編著,主要介紹水面無人艇的系統(tǒng)構(gòu)成、總體設(shè)計技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。第3章由沈海龍編著,主要介紹水面無人艇的船型原理,阻力、耐波性預(yù)報方法,以及船型設(shè)計技術(shù)。第4章由王博編著,主要介紹水面目標的檢測與跟蹤技術(shù)、目標識別技術(shù)、環(huán)境建模與理解技術(shù),以及多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)。第5章由莊佳園編著,主要介紹水面無人艇的決策規(guī)劃技術(shù),包括自主性概念、全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃和危險規(guī)避技術(shù)。第6章由張磊編著,主要介紹水面無人艇的控制技術(shù),包括經(jīng)典控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、控制器優(yōu)化方法和航跡跟蹤控制技術(shù)。第7章由張磊編著,主要介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù),包括控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)可靠性評估、控制系統(tǒng)可靠性分配、故障診斷與處理、控制系統(tǒng)集成試驗。第8章由張磊編著,主要介紹水面無人艇的導(dǎo)航和通信技術(shù),包括衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)、組合導(dǎo)航技術(shù)、無線電通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)和數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。第9章由張磊編著,主要介紹水面無人艇的多體協(xié)同技術(shù),包括多水面無人艇協(xié)同任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同導(dǎo)航與控制技術(shù)。第10章由莊佳園編著,主要介紹水面無人艇的集群協(xié)同技術(shù),包括多水面無人艇協(xié)同規(guī)劃與自主決策技術(shù),以及多水面無人艇協(xié)調(diào)控制技術(shù)。第11章由莊佳園編著,主要介紹水面無人艇的搭載技術(shù),包括水面艦艇布放回收無人艇技術(shù)和無人艇搭載其他無人航行器技術(shù)。第12章由莊佳園編著,主要介紹新型水面無人艇,包括波浪滑翔器和多航態(tài)無人航行器。
本書在撰著寫作過程中得到了很多業(yè)內(nèi)學(xué)者的關(guān)懷和幫助,也得到了哈爾濱工程大學(xué)水下機器人技術(shù)重點實驗室和上海交通大學(xué)出版社的大力支持,在此表示衷心的感謝。由于時間倉促,內(nèi)容較多較廣,書中存在疏漏之處,歡迎廣大同道與讀者批評指正。
蘇玉民,哈爾濱工程大學(xué)教授、博導(dǎo),全國優(yōu)秀教師,黑龍江省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師,國防“973”項目首席科學(xué)家、軍委科技委主題專家、國防基礎(chǔ)科研專家組組長、國防基礎(chǔ)科研專家論證組力學(xué)組成員、海軍預(yù)研潛艇總體專業(yè)組成員、中國造船學(xué)會船舶力學(xué)委員會推進與空泡專業(yè)組成員、國防科技工業(yè)百名優(yōu)秀博士、國務(wù)院政府特殊津貼獲得者。
長期從事水面無人艇技術(shù)、微小型水下機器人技術(shù)、水下仿生推進技術(shù)、螺旋槳推進技術(shù)研究。主持國防“973”、科技部“863”、軍委科技委、國防基礎(chǔ)科研、總裝預(yù)研、海裝預(yù)研、國家自然科學(xué)基金、國防技術(shù)發(fā)明二等獎、黑龍江省自然科學(xué)技術(shù)二等獎、軍隊科技進步二等獎、國防技術(shù)發(fā)明三等獎各1項、黑龍江省優(yōu)秀圖書獎、國防科工委授予國防科技工業(yè)百名優(yōu)秀博士等。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇,獲發(fā)明專利20余項,出版著作2部。
1 緒論
1.1 水面無人艇技術(shù)的基本概念及特點
1.2 水面無人艇技術(shù)的國外研究現(xiàn)狀
1.3 水面無人艇技術(shù)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.4 我國水面無人艇技術(shù)的發(fā)展趨勢
1.5 水面無人艇技術(shù)在國民經(jīng)濟建設(shè)中的應(yīng)用
1.6 水面無人艇技術(shù)在現(xiàn)代國防建設(shè)中的應(yīng)用
2 水面無人艇總體技術(shù)
2.1 系統(tǒng)組成
2.2 總體設(shè)計技術(shù)
2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化技術(shù)
3 水面無人艇艇體技術(shù)
3.1 水面無人艇艇體選型及艇型特點
3.2 滑行艇艇型設(shè)計參數(shù)
3.3 半滑行艇艇型設(shè)計參數(shù)
3.4 滑行艇阻力的計算方法
3.5 基于CFD技術(shù)預(yù)報水面無人艇阻力和耐波性的基本方程與主要步驟
3.6 基于CFD技術(shù)的滑行艇阻力與耐波性的數(shù)值預(yù)報
3.7 基于CFD技術(shù)的半滑行艇阻力與耐波性的數(shù)值預(yù)報
4 環(huán)境感知、理解與建模技術(shù)
4.1 自主目標檢測與跟蹤技術(shù)
4.2 自主目標識別技術(shù)
4.3 環(huán)境理解與建模技術(shù)
4.4 多傳感器信息融合在水面無人艇環(huán)境建模中的應(yīng)用
4.5 本章總結(jié)
5 自主決策與規(guī)劃技術(shù)
5.1 水面無人艇自主性水平
5.2 水面無人艇可變自主技術(shù)
5.3 全局路徑規(guī)劃
5.4 局部路徑規(guī)劃
5.5 近程反應(yīng)式危險規(guī)避
6 運動控制技術(shù)
6.1 經(jīng)典控制技術(shù)
6.2 智能控制技術(shù)
6.3 控制器優(yōu)化方法
6.4 航跡跟蹤控制技術(shù)
7 控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)
7.1 自主控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
7.2 控制系統(tǒng)可靠性評估
7.3 故障診斷與處理
7.4 控制系統(tǒng)集成試驗
8 導(dǎo)航與通信技術(shù)
8.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)
8.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)
8.3 組合導(dǎo)航技術(shù)
8.4 無線電通信技術(shù)
8.5 衛(wèi)星通信技術(shù)
8.6 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)
9 水面無人艇多體協(xié)同技術(shù)
9.1 多水面無人艇協(xié)同技術(shù)基礎(chǔ)
9.2 多無人艇協(xié)同任務(wù)規(guī)劃
9.3 多水面無人艇協(xié)同導(dǎo)航與控制技術(shù)
10 任務(wù)載荷技術(shù)
10.1 任務(wù)載荷類別及組成
10.2 水面無人艇任務(wù)載荷的內(nèi)容
11 布放回收技術(shù)
11.1 水面艦艇布放回收水面無人艇技術(shù)
11.2 水面無人艇搭載其他無人航行器技術(shù)
12 新型水面無人艇
12.1 波浪滑翔器
12.2 多航態(tài)無人航行器
參考文獻
索引
符號列表