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水下无人航行器系统技术介绍

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随着海军试图保护其人员免受危险和危险环境的影响,无人水下航行器(UUV)的国防应用正在增长。
无人水下航行器(UUV)为海军提供了使用的灵活性,降低了实施成本,并改善了操作时间和安全性。
模块性
支持模块化和灵活性的概念,以减少对在役船舶进行现代化改造的时间和成本,并适应未来的不确定性。海军将模块化系统视为提供能力的一种手段,这导致对为多任务设计的模块化UUV的需求不断增长。因此,公司正在模块化结构中设计他们的UUV,允许快速启动新技术,而无需对主机平台进行昂贵的修改。
测试和开发中心/组织
预计到本世纪20年代末,无人驾驶海上车辆将与载人作战平台一起使用。因此,一些海军需要发展一个专业部门或组织来开发操作概念并将无人海上车辆(UMV)整合到其舰队中。为此,美国海军于2017年1月成立了无人水下航行器中队(UUVRON-38),以便能够测试无人潜航器和开发无人潜航器的作战概念。该中队正在训练两辆名为LTV 48的测试飞行器,以模拟光探测无人水下航行器(LDUUV),并一直在使用超大型无人水下航行器(XLUUV)原型和已经交付的两架Razorback。同样,英国皇家海军成立了海军X,即皇家海军新的自主和致命加速器,以快速开发,测试和试验尖端设备,以使新技术脱离绘图板并投入使用。五眼联盟和北约成员国也在无人战士和自主战士系列演习中测试无人/自主作战能力,以使能力适应未来的作战要求并测试作战概念。因此,这些新的组织和演习将为关键问题提供见解,例如各种无人驾驶车辆应该执行哪些任务,以及它们如何最好地适应更广泛的海军战术和作战结构。
处理器芯片
微处理器作为无人驾驶车辆的控制中心,为与防撞传感器、高清摄像头和其他传感器集成的控制和通信软件提供平台。在很大程度上由手机行业推动的芯片设计进步正在导致更小的芯片具有更高的性能和更低的成本,这反过来又有助于降低无人驾驶车辆的制造成本。芯片制造商正在扩展片上系统 (SoC) 组件的功能,以便在单个芯片上组合多个传感和处理元件。
人工智能
无人驾驶车辆收集的数据量不断增加,将对数据进行越来越复杂的分析。无人驾驶车辆解决方案需要利用最新的数据分析技术来有效地处理传入的传感器数据并得出有意义的结论。此外,人工智能通过机器学习技术实现无人驾驶车辆的“持续学习”,以实现基于1972年国际海上碰撞规则(COLREGs)的自主导航和障碍物识别和避让等复杂功能。工业部门已经被证明是具有人工智能功能的无人驾驶车辆的重要市场,而服务业公司也在争夺人工智能无人驾驶车辆以开发新的商业模式。
海上集群技术
海上蜂群技术正在引起全球海军的关注。联网的海上无人资产是未来监视、数据收集、诱饵、保护高价值单位和港口、扫雷、探测潜艇和限制主力舰暴露以及中和或摧毁敌方资产的关键工具。例如,Metal Shark的新型无人船远程无人水面舰艇(LRUSV)将能够集群工作,运送成群的攻击无人机击中海上和陆地目标。
用于水下通信和导航的量子技术
量子传感器越来越多地获得用于导航目的的资金,并且使用量子进行导航具有重要的军事应用。量子惯性传感器允许连续估计物体的位置、方向和移动速度,而无需外部参考。全球定位系统(GPS)不能在水下使用,因此,潜艇和无人潜航器需要宝贵的惯性导航系统。量子导航可以满足这一要求。量子传感器还可以提供有关潜在海军威胁的更好信息,包括水雷和反潜战(ASW)能力。量子通信将成为未来几年国防组织的主要关注点,也是重大投资的来源,以应对量子密码分析的进步,这些进步对未来通信的安全构成重大威胁。量子技术可用于与潜艇和UUV等水下物体进行安全通信。
防撞技术
当在海上交通密集的区域使用无人潜航器时,防撞技术可确保更安全的航行,并有利于限制区域的自主导航。UUV 上使用不同类型的传感器,例如视觉传感器、声纳、惯性传感器、DVL、压力传感器,以避开障碍物并安全导航。传感器可以单独使用,也可以相互组合使用,以补偿单个传感应用的弱点,具体取决于应用格式。一些无人潜航器还使用表面感知传感器,在与远程操作中心通信期间避免其他海上交通。领先的无人水面舰艇(USV)和无人潜航器制造商也在使用这些传感器来改进碰撞控制措施。例如,Sonardyne于2021年5月发布了用于USV和UUV的SPRINT-Nav混合导航系统的新型高空变体。新车型增加了车辆在没有外部位置参考的情况下工作的高度,而不会影响精度。
转自“系统技术交流”公众号
#水下无人潜航器#


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