方案背景分析

今年2月，美國、挪威、丹麥等9個IMO成員國向海上安全委員會提交了在無人船領域確定立法范圍的方案。此外，美國、英國等國已啟動無人船的國內立法程序。

在國內，我國正在全面推進的“互聯網+”“中國制造2025”“智慧交通”等戰略規劃明確提出了“提高船舶智能化水平，培育智能船舶等戰略性新興產業，提升水上交通運輸數字化、網絡化、智能化水平”的發展方向和工作要求。

戰略路徑清晰，我國船舶工業屆推進船舶數字化、智能化步伐正加速……

下面是無人艇用光電系統解決方案的解說。

方案需求分析

在技術上無人艇相對于無人機的技術難度更大：

海況比空中更復雜。空中主要考慮空氣動力學，而無人船面對的則是水，流體不僅要面對推力，更要面對各種涌動。因此，流體的建模非常復雜，而且現在一直做的都不是特別好，這是目前行業性的難題。

海上的障礙物更多。無人機空中飛行的障礙物是相對較少的，而水面行駛則要面臨包括島礁以及其他船只等各種障礙物。

無人機一般風過大時便不能起降了，但無人船則要求承受更大的風浪，無人船除了生命保障系統外，其他系統跟有人船的要求都是一樣的。這些都意味著無人船的避障相比無人機會難更多。

“船在海上的姿態會有 3 個自由度的運動，俯仰、偏航和滾動。所以，控制系統是無人船的核心也是難點。”張海波表示。

據了解，控制的基本過程主要有三步，首先是輸入，通過各種傳感器找到無人船的狀態，并比較這個狀態跟理論狀態有沒有偏差，然后通過設定的控制規律修正這個偏差，之后再測量輸入，循環往復。張海波介紹其中便涉及到 3 個技術難點：

問題一，為了更全面地了解無人船周邊的情況，可能會用到各種傳感器，包括雷達、攝像頭、聲吶等等，但問題就在于如何融合這些傳感器所采集的數據。張海波表示，在實驗室環境中這個問題已經基本解決了，但到了產品化方面還是有些困難。

問題二，對無人船而言制導也是一個難點，知道了無人船的狀態，但怎么修正？其實即使是對于稍微簡單的空氣，由于溫度等因素，人類也是很難做出一個標準方程的，因此需要進行大量的風洞試驗，而流體則更復雜，需要做類似風洞試驗的實地測試。而且，即使是通過了這個試驗，其與真實海況也還是不一樣的。

問題三，如何執行制導方案？由于慣性，船制動和倒車的滯后是很長的，如何操作船上的舵之類的設備也是一個問題。

產品案例資料

以下這款采用穿浪三體船型、刀鋒式船艏設計，航行更平穩，同時具備雷達隱身功能，能夠很好的應用在海洋調查、海洋測繪、勘測和安防巡邏。

武警抗洪搶險無人偵察船 ZC40

該船可應用于環保監測、科研勘探、水下測繪、搜索救援、安防巡邏乃至軍事應用領域，目前已經實現了搭載無人機、潛水器實現協同作業。

海洋測量無人艇

光電系統原理

光電系統賦予小型無人艦更多任務，使它們不僅能伴護大型戰艦，還能有更多功能。紅外熱像儀旨在提高艦載光電傳感器的能力，大幅增強水面艦的偵察監視能力。”穿透遮擋進行成像"，力求使水面艦和潛艇乘員能穿過霧、霾、雨、雪的遮擋捕獲到目標圖像。

克服天氣障礙——濃霧。霧中的細小水汽顆粒會讓光發生散射，會導致乳白化天氣條件，即便是如今最先進的光電傳感器也無法穿透它。

光電系統的優勢

光電系統的優勢主要體現在以下幾個方面。首先，在低角情景下，光電系統不受鏡面效應或天線掃掠的影響，能夠很好地解決低角度跟蹤問題。和雷達相比，光電系統能夠較好地對付慢速運動目標、雷達反射截面積小的目標和雜波環境中的目標。

美國研制的SeaFLIR 230陀螺穩定塔系統，屬于艦載光電系統的一種，可用于執行偵察、監視和目標捕獲、海上搜救、水面搜索、隱蔽作戰、態勢告警及輔助無人駕駛等任務。

方案運用領域

1.無人艇主要用于執行危險以及不適于有人船只執行的任務。一旦配備先進的控制系統、傳感器系統、通信系統和武器系統后，可以執行多種戰爭和非戰爭軍事任務，比如，偵察、搜索、探測和排雷；搜救、導航和水文地理勘察；反潛作戰、反特種作戰以及巡邏、打擊海盜、反恐攻擊等。

2.觀察和識別功能，加強艦載作戰系統的綜合能力，縮短系統反應時間。

比如導彈的探測和告警。對于導彈防御而言，已經不單單是依靠雷達的問題，還需要紅外傳感器來改善探測導彈的能力，特別是在對付高速、低雷達截面目標以及由于干擾或不良傳播條件而使雷達性能退化。

另一種艦載光電系統，法國推出的VIGY OBSERVER多傳感器觀察系統，該系統是一種緊湊型圈景陀螺穩定多傳感器觀察系統，適合安裝到巡邏艦等小型船只上。

光電系統的應用領域是支援艦載雷達。當雷達需要靜默的時候，光電系統可以為艦艇防御提供支援。當光電系統能夠跟蹤特定目標時，艦載雷達將有更多的時間和能量用于執行其他功能。第四個任務是紅外搜索和跟蹤。在艦艇試圖進行“隱身”的特殊情況下，采用紅外搜索和跟蹤這種被動的探測和跟蹤設備，水面艦艇仍然可以具備一定的對空和對海監視能力。