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FLIR——无人艇用光电系统解决方案


时间:2020-02-21

应用领域:光电系统


行业背景

   无人艇主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。一旦配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后,可以执行多种战争和非战争军事任务,比如,侦察、搜索、探测和排雷;搜救、导航和水文地理勘察;反潜作战、反特种作战以及巡逻、打击海盗、反恐攻击等。

   与空中的无人机相比,在技术上无人艇相对于无人机的技术难度更大:

   海况比空中更复杂。空中主要考虑空气动力学,而无人船面对的则是水,流体不仅要面对推力,更要面对各种涌动。因此,流体的建模非常复杂,而且现在一直做的都不是特别好,这是目前行业性的难题。

   海上的障碍物更多。无人机空中飞行的障碍物是相对较少的,而水面行驶则要面临包括岛礁以及其他船只等各种障碍物。

   无人机一般风过大时便不能起降了,但无人船则要求承受更大的风浪,无人船除了生命保障系统外,其他系统跟有人船的要求都是一样的。这些都意味着无人船的避障相比无人机会难更多。

   船在海上的姿态会有 3 个自由度的运动,俯仰、偏航和滚动。所以,控制系统是无人船的核心也是难点。据了解,控制的基本过程主要有三步,首先是输入,通过各种传感器找到无人船的状态,并比较这个状态跟理论状态有没有偏差,然后通过设定的控制规律修正这个偏差,之后再测量输入,循环往复。其中便涉及到 3 个技术难点:

   问题一,为了更全面地了解无人船周边的情况,可能会用到各种传感器,包括雷达、摄像头、声呐等等,但问题就在于如何融合这些传感器所采集的数据。目前在实验室环境中这个问题已经基本解决了,但到了产品化方面还是有些困难。

   问题二,对无人船而言制导也是一个难点,知道了无人船的状态,但怎么修正?其实即使是对于稍微简单的空气,由于温度等因素,人类也是很难做出一个标准方程的,因此需要进行大量的风洞试验,而流体则更复杂,需要做类似风洞试验的实地测试。而且,即使是通过了这个试验,其与真实海况也还是不一样的。

   问题三,如何执行制导方案?由于惯性,船制动和倒车的滞后是很长的,如何操作船上的舵之类的设备也是一个问题。


光电系统原理

   光电系统赋予小型无人舰更多任务,使它们不仅能伴护大型战舰,还能有更多功能。红外热像仪旨在提高舰载光电传感器的能力,大幅增强水面舰的侦察监视能力。”穿透遮挡进行成像",力求使水面舰和潜艇乘员能穿过雾、霾、雨、雪的遮挡捕获到目标图像。

   克服天气障碍——浓雾。雾中的细小水汽颗粒会让光发生散射,即便是如今最先进的光电传感器也无法穿透它,但带有红外热像仪的光电系统则可以最大程度上减少雾气的影响。

光电系统的优势

   光电系统的优势主要体现在以下几个方面。首先,在低角情景下,光电系统不受镜面效应或天线扫掠的影响,能够很好地解决低角度跟踪问题。和雷达相比,光电系统能够较好地对付慢速运动目标、雷达反射截面积小的目标和杂波环境中的目标。

无人艇应用案例

   合作项目:珠海云洲无人艇项目

   产品:FLIR M324CS

   用途:作为无人艇的光电系统

  珠海云洲无人艇应用

   作为 " 珠海智造 " 的代表,成立于 2010 年的云洲智能科技有限公司是我国首家专注于无人船艇研发领域的高新科技企业。创立伊始,全球只有不到 10 家机构在开展无人船艇的相关研究,国内市场更是一片空白。而现在,云洲凭借着过硬的研发团队和自主创新技术,占领国内市场的同时,也在国际赛场上 " 弯道超车 ",闯出了一番属于自己的天地。

   随着海洋强国战略实施、中国需要采集大量海洋环境条件基础数据,用于减灾防灾、海上搜救及军事任务等。与传统人工作业相比,无人艇能够更有效适应恶劣的海洋环境和气候条件,且成本较低、效率更高,是未来可以广泛应用于海洋勘察、岛礁调查的新技术手段。

   目前无人艇技术已完善,建造系统更完善、承载能力更强,更符合海上水域环境应用的无人船系统,以适应条件更复杂、周期更长的海洋作业。

   长期来看,航运业正经历根本性的变化,更多的变化仍在孕育之中。无人船的出现只是一个时间问题,然而走向成熟、大规模投入商业使用还需要各方协调、合力推动。正如有专家表示,只有人工智能发展到与人脑可以比拟的“强智能”水平,人类才能完全放手将交通运输交给人工智能。