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论文推荐|基于多物理场的海洋智能无人装备探测研究现状

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2025-01-14
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基于多物理场的海洋智能无人装备探测研究现状


署名作者:

王宇扬1, 计方1,2,*, 鹿绍庆2, 李国楠2

作者单位:

1. 哈尔滨工程大学 船舶工程学院, 黑龙江 哈尔滨, 150001
2. 中国舰船研究院, 北京, 100192

基金项目:

国家自然科学基金面上项目资助(52371356).


阅读原文


摘要

以无人水下航行器、无人水面艇为代表的海洋智能无人装备具有数量多、体积小、智能化程度高且工作内容广等特点。未来海战任务将大量使用海洋智能无人装备, 因此海洋智能无人装备探测技术的发展已经成为各国军备和科研内容的关键技术之一。文中对近年来各国海洋智能无人装备探测方法进行综述, 涵盖了光、电、磁等新型物理场信息源。对多系统协同探测和多信息全方位感知技术的可行性进行分析, 同时阐述了深度智能算法线谱特征探测的研究现状。在未来, 海洋智能无人装备探测将向着智能化、集群化、高精度、鲁棒性以及实时性等方向发展,进一步提高水下目标识别水平将是未来重要的研究方向。


引言

近年来, 世界上海洋无人系统的数量不断增加。以无人水下航行器(unmanned undersea vehicle, UUV)、无人水面艇(unmanned surface vessel, USV)等为代表的无人智能水下水面平台具有数量多、体积小、智能程度高且噪声低等特点。现有的无人航行器探测设备主要有声呐、光学摄像和磁力计等。随着潜器降噪技术的发展和消声性能的提升, 利用传统的声呐探测技术探测无人装备愈发困难。未来海战将使用大量无人智能装备, 这对水下目标相关技术的发展提出了更高的要求, 例如目标检测和目标识别等能力。同时海洋复杂的水声环境和不断发展的水下目标隐身技术也对海洋智能无人装备目标检测的能力提出了挑战, 并且成为了各国水声信号处理领域的研究热点。因此, 找寻更多的水下探测方法是目前研究的主流[1]

在此基础上, 文中讨论了近年来国内外水下探测的研究现状, 并对不同类型的海洋无人智能装备感知与探测进行了综述, 最后归纳并展望了无人装备探测与感知的发展方向。




结束语


真实的海洋环境复杂多变, 从海洋环境中获取数据存在诸多问题, 例如, 声信号在水下传播过程中存在膨胀损耗、吸收损耗和边界损耗等。同时由于水下通信硬件设备的限制, 很难保证采集数据的质量, 可能存在分辨率不均匀、目标信号过弱以及混响等问题[62]。随着集群系统的发展, 多台海洋智能无人装备可协同工作, 从不同角度采集目标信息, 同时全方位获得各种类型的信息, 减少了单一角度采集信息的局限性。诸如水下光学、电磁及核辐射等多物理场信息的海洋探测具有识别能力强、探测隐蔽性高及精度高等特点, 但目前仅限于试验阶段, 无法做到大规模的装备应用。

综上所述, 我国海洋智能无人探测装备历经数十年发展, 在理论和工程应用上都有长足进步, 但与国际一流水平相比仍有差距, 存在声呐设备精度不足、实地实验较少等问题。未来海洋目标识别方法将朝着集群化、智能化、高精度、强鲁棒性和实时性等方向发展, 进一步提高水下目标识别水平将是重要的研究方向之一, 海洋无人装备探测将在军事和民用领域发挥更为强大的作用。

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参考文献略

文章有删减,原文刊登于《水下无人系统学报》2024年第32卷第6期,点击阅读原文可查看。


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