CN112829885A - 一种无人自主侦察船 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特种侦察作战技术领域，特别涉及一种侦察船。一种无人自主侦察船，船体上搭载有激光雷达、光电侦查设备；激光雷达获取船体附近的三维环境信息，指挥控制装置利用该三维环境信息，自动完成水面目标的检测，获取该目标的尺寸特征信息，并利用该尺寸特征信息，与待侦查目标的尺寸数据进行比对，实现感兴趣目标的自动捕获；光电侦查设备获取船体附近的光学图像，指挥控制装置利用该光学图像自动识别视野中的水面目标，并获取目标身份信息，实现感兴趣目标的自动捕获。本发明具有便携性、隐蔽性、灵活性等特点，可对典型目标执行长时间无人抵近侦察，提高侦察效率，降低人员损伤危险。

Description

一种无人自主侦察船
技术领域
本发明涉及特种侦察作战技术领域，特别涉及一种侦察船。
背景技术
海上侦察是夺取海战场信息优势，先敌发现、先敌打击、先敌制胜的前提和基础。未来海战，敌对双方将依靠强大的侦察监视系统来提高海战场的透明度，谁拥有海战场上的透明度，谁就拥有绝对的海战场优势。
随着人工智能技术和导航技术的进步，无人系统的功能也更加全面，可执行侦察、探测、评估等一系列作战任务，在军事应用领域中的地位愈加重要，未来将在海上战场上承担越来越重要的作战任务。无人和自主能力的集成可带来诸多益处，譬如减少人员和人力、降低人员风险和运营成本、提供更大的续航力和航程、提高数据处理的速度和精确性、支持更短的决策周期等。
发明内容
本发明的目的是：提供一种可对典型目标执行长时间无人抵近侦察的无人自主侦察船。
本发明的技术方案是：一种无人自主侦察船，船体上搭载有激光雷达、光电侦查设备以及指挥控制装置。
激光雷达获取船体附近的三维环境信息，并将该三维环境信息发送至指挥控制装置；指挥控制装置利用该三维环境信息，自动完成水面目标的检测，获取该目标的尺寸特征信息，并利用该尺寸特征信息，与待侦查目标的尺寸数据进行比对，得到感兴趣目标，由此实现感兴趣目标的自动捕获。
光电侦查设备获取船体附近的光学图像，并将该光学图像发送至指挥控制装置；指挥控制装置利用该光学图像自动识别视野中的水面目标，并获取所识别的水面目标的身份信息，然后从中筛选出感兴趣目标，由此实现对目标的自动捕获。
对于感兴趣目标的自动捕获，可通过择一或同时使用激光雷达、光电侦查设备；当激光雷达、光电侦查设备同时使用时，可获取感兴趣目标相对于无人自主侦查船的距离和方位，结合无人自主侦察船自身的位置、航向和姿态信息，能够获取目标在大地坐标系下的绝对位置。
在上述方案的基础上，进一步的，船体还搭载有导航雷达、北斗导航终端、惯性导航设备。
利用导航雷达，激光雷达，光电侦查设备可对近岸目标、水面目标进行探测、识别及定位；北斗导航终端用于提供船体的位置信息；惯性导航设备用于提供船体航行时航行速度、航行横滚角度、航行俯仰角度等信息。
指挥控制装置捕获到兴趣目标后，结合北斗导航终端的位置信息、惯性导航设备的航向、角度信息以及导航雷达所探测到的兴趣目标的航向信息确定兴趣目标的位置、航速及航向，运行目标跟踪侦察程序，实现对兴趣目标的自主跟踪侦察。
在上述方案的基础上，进一步的，船体上所搭载的导航雷达、北斗导航终端、惯性导航设备还能够实现对障碍物的自主避让。
导航雷达和激光雷达探测船体附近的障碍物，并确定该障碍物的位置后发送至指挥控制装置；指挥控制装置结合北斗导航终端的位置信息、惯性导航设备的航向及速度信息，运行障碍物避障控制程序，实现对障碍物的自主避让。
在上述方案的基础上，进一步的，所述船体设有上壳体，所述上壳体为具备正浮力的水密结构；安装所述上壳体后，该无人自主侦查船的浮心位置保证：当所述船体在水中发生倾斜后，所述无人自主侦查船的浮力能够产生与倾斜方向相反的翻转回复力矩，实现无人自主侦查船的倾覆自扶正。
上述方案中，具体的，船体为单体滑行艇结构，在船体的艉部安装有一套喷水推进器；船体内安装有柴油主机，柴油主机通过轴系连接喷水推进器。柴油主机的转速快慢以及喷水推进器的喷口朝向由航行控制装置控制；航行控制装置接受指挥控制装置的指令。
进一步的，船体搭载有无线通信设备；上级指挥控制终端通过无线通信设备控制航行控制装置，实现船体的遥控航行；或者，上级指挥控制终端通过无线通信设备向指挥控制装置下发指令，实现船体的自主航行。
在上述方案的基础上，进一步的，船体还搭载有：声纳装置、水下载荷布放架、测深仪、电池以及电源管理装置。
利用水下载荷布放架布放声纳装置，能够实现对水下目标进行探测、识别及定位。通过指挥控制装置对目标信息融合处理处理，结合障碍物避障控制程序，实时生成航行路径，实现船体对水下障碍物自主避障航行。
测深仪可实施获取航行过程中水深数据。
电池以及电源管理装置用于为无人自主侦察船提供电力支持。
在上述方案的基础上，进一步的，上壳体上设有柴油主机的进气装置；当惯性导航设备所监测的船体航行时的横滚角度大于设定数值时，指挥控制装置控制柴油主机停机并将进气装置关闭，防止水流进入船体内部。
有益效果：
本发明通过模块化搭载不同侦察载荷设备，执行对重点航道、港口、码头及敏感岛礁等区域侦察、巡逻、警戒等任务，具有自主航行、障碍物自主避让、目标自主探测识别、自主跟踪等能力，具备倾覆自主扶正能力，提高侦察效率，保障安全。
附图说明
图1为本发明无人自主侦察船的结构示意图；
图2为图1的后视图；
图3为本发明无人自主侦察船的内部结构示意图；
图4为本发明实现目标识别跟踪过程示意图；
图5为本发明实现障碍物自主避让示意图；
图6为本发明实现自扶正过程示意图；
图7为能够扶正与不能够扶正的重浮心状态对比图。
其中：1-船体，2-声纳装置，3-水下载荷布放架，4-导航雷达，5-激光雷达，6-北斗导航终端，7-无线通信设备，8-光电侦查设备，9-惯性导航设备，10-端直通接头，11-柴油主机，12-电池，13-指挥控制装置，14-轴系，15-喷水推进器，17-航行控制装置，18-进气装置，19-上壳体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
参见附图1-3，一种无人自主侦察船，船体1为单体滑行艇结构，在船体1的艉部安装有一套喷水推进器15；船体1内安装有柴油主机11，柴油主机11通过轴系14连接喷水推进器15。柴油主机11的转速快慢以及喷水推进器15的喷口朝向由航行控制装置17控制；航行控制装置17接受指挥控制装置13的指令。
船体1搭载有无线通信设备7；上级指挥控制终端通过无线通信设备7控制航行控制装置17，实现船体1的遥控航行；或者，上级指挥控制终端通过无线通信设备7向指挥控制装置13下发指令，实现船体1的自主航行、波浪自适应航行等。
无人自主侦察船的船体1上搭载有激光雷达5、光电侦查设备8以及指挥控制装置13。船体1按计划航线航行，在航行过程中，该侦察船能够实现目标自主探测识别。
激光雷达5用于获取船体1附近的三维环境信息，并将该三维环境信息发送至指挥控制装置13；指挥控制装置13利用该三维环境信息，自动完成对水面目标的检测，获取水面目标的尺寸特征信息，并利用该尺寸特征信息，与待侦查目标的尺寸数据进行比对，实现感兴趣目标(感兴趣目标指与待侦察目标类似或相同的目标，即尺寸数据与待侦察目标的尺寸数据的差值在设定范围内的目标)的自动捕获。
光电侦查设备8获取船体1附近的光学图像，并将该光学图像发送至指挥控制装置13；指挥控制装置13利用该光学图像自动识别视野中的水面目标，并获取所识别的水面目标的身份信息，然后从中筛选出感兴趣目标，由此实现对感兴趣目标的自动捕获。
对于感兴趣目标的自动捕获，可通过择一或同时使用激光雷达5、光电侦查设备8；当激光雷达5、光电侦查设备8同时使用时，可获取感兴趣目标相对于无人自主侦查船的距离和方位，结合无人自主侦察船自身的位置、航向和姿态信息，能够获取目标在大地坐标系下的绝对位置。
实施例2：
在实施例1的基础上，进一步的，船体1还搭载有导航雷达4、北斗导航终端6、惯性导航设备9。
参见附图4，利用导航雷达4，激光雷达5，光电侦查设备8可对近岸目标、水面目标进行探测、识别及定位；北斗导航终端6用于提供船体1的位置信息；惯性导航设备9用于提供船体1航行时航行速度、航行横滚角度、航行俯仰角度等信息。
指挥控制装置13捕获到兴趣目标后，结合北斗导航终端6的位置信息、惯性导航设备9的航向、角度信息以及导航雷达4所探测到的兴趣目标的航向信息确定兴趣目标的位置、航速及航向，运行目标跟踪侦察程序，实现对兴趣目标的自主跟踪侦察。通过调整无人自主侦查船的航向和航速，控制无人自主侦查船与目标的距离在合适的范围内，实现对目标的持续跟踪侦察。
参加附图5，船体1上所搭载的导航雷达4、北斗导航终端6、惯性导航设备9还能够实现对障碍物的自主避让。
导航雷达4和激光雷达5探测船体1附近的障碍物，并确定该障碍物的位置后发送至指挥控制装置13；指挥控制装置13结合北斗导航终端6的位置信息、惯性导航设备9的航向及速度信息，运行障碍物避障控制程序，实现对障碍物的自主避让。
实施例3：
在实施例2的基础上，进一步的：船体1还搭载有：声纳装置2、水下载荷布放架3、测深仪10、电池12以及电源管理装置16。
利用水下载荷布放架3布放声纳装置2，能够实现对水下目标进行探测、识别及定位。通过指挥控制装置13对目标信息融合处理处理，结合障碍物避障控制程序，实时生成航行路径，实现船体1对水下障碍物自主避障航行。
测深仪10可实施获取航行过程中水深数据。
电池12以及电源管理装置16用于为无人自主侦察船提供电力支持。
实施例4：
在实施例2或3的基础上，进一步的：参见附图6、7，船体设有上壳体19；上壳体19为水密结构，且具备正浮力，其上设有柴油主机11的进气装置18。
惯性导航设备9监测船体1航行时航行速度、航行横滚角度、航行俯仰角度等信息，当横滚角度大于设定数值，船体1不可避免发生倾覆时，航行控制装置17控制柴油主机11停机和进气装置18关闭，防止水流进入船体内部。
通过对上壳体19的外形设计，使具有上壳体的船体的浮心位置保证：当无人自主侦察船受外力倾斜，进而因重力翻转导致上壳体19入水时，具有上壳体的船体在各翻转角度下，其重浮心位置如图7左侧所示，保证船体在各倾斜状态下，其浮力能够产生与翻转方向相反的翻转回复力矩，最终实现船体1的自扶正功能(避免出现如图7右侧所示重力和浮力产生的倾覆力矩)。即：当船体1倾斜时，上壳体19具有足够的浮力，同时，船体1和上壳体19所形成的船体外形的浮心位置所产生的浮力能够与重力形成回复力矩，实现船体1的自扶正功能。

Claims (8)

1.一种无人自主侦察船，其特征在于，船体(1)上搭载有激光雷达(5)、光电侦查设备(8)以及指挥控制装置(13)；
所述激光雷达(5)获取所述船体(1)附近的三维环境信息，并将该三维环境信息发送至所述指挥控制装置(13)；所述指挥控制装置(13)利用该三维环境信息，自动完成对水面目标的检测，获取水面目标的尺寸特征信息，并利用该尺寸特征信息，与待侦查目标的尺寸数据进行比对，得到感兴趣目标，由此实现对感兴趣目标的自动捕获；
所述光电侦查设备(8)获取所述船体(1)附近的光学图像，并将该光学图像发送至所述指挥控制装置(13)；所述指挥控制装置(13)利用该光学图像自动识别视野中的水面目标，并获取所识别的水面目标的身份信息，然后从中筛选出感兴趣目标，由此实现对目标的自动捕获。
2.如权利要求1所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体(1)还搭载有导航雷达(4)、北斗导航终端(6)、惯性导航设备(9)；
所述指挥控制装置(13)捕获到目标后，结合所述北斗导航终端(6)的位置信息、所述惯性导航设备(9)的航向、角度信息以及所述导航雷达(4)所探测到的所述目标的航向信息确定所述目标的位置、航速及航向，运行目标跟踪侦察程序，实现对所述目标的自主跟踪侦察。
3.如权利要求1所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体(1)还搭载有导航雷达(4)、北斗导航终端(6)、惯性导航设备(9)；
所述导航雷达(4)和所述激光雷达(5)探测所述船体(1)附近的障碍物，并确定该障碍物的位置后发送至所述指挥控制装置(13)；所述指挥控制装置(13)结合所述北斗导航终端(6)的位置信息、所述惯性导航设备(9)的航向及速度信息，运行障碍物避障控制程序，实现对所述障碍物的自主避让。
4.如权利要求1或2或3所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体设有上壳体(19)，所述上壳体(19)为具备正浮力的水密结构；安装所述上壳体(19)后，该无人自主侦查船的浮心位置保证：当所述船体(1)在水中因外力倾斜进而因重力作用发生翻转后，具有上壳体(19)的所述船体(1)的浮力能够产生与其翻转方向相反的翻转回复力矩，实现无人自主侦查船的倾覆自扶正。
5.如权利要求4所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体(1)为单体滑行艇结构，在所述船体(1)的艉部安装有一套喷水推进器(15)；所述船体(1)内安装有柴油主机(11)，所述柴油主机(11)通过轴系(14)连接所述喷水推进器(15)；
所述柴油主机(11)的转速快慢以及所述喷水推进器(15)的喷口朝向由航行控制装置(17)控制；所述航行控制装置(17)接受所述指挥控制装置(13)的指令。
6.如权利要求5所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述上壳体(19)上设有所述柴油主机(11)的进气装置(18)；
当所述惯性导航设备(9)所监测的所述船体(1)航行时的横滚角度大于设定数值时，所述指挥控制装置(13)控制所述柴油主机(11)停机并关闭所述进气装置(18)。
7.如权利要求5所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体(1)搭载有无线通信设备(7)；
上级指挥控制终端通过所述无线通信设备(7)控制所述航行控制装置(17)，实现所述船体(1)的遥控航行；或者，所述上级指挥控制终端通过所述无线通信设备(7)向所述指挥控制装置(13)下发指令，实现所述船体(1)的自主航行。
8.如权利要求7所述的无人自主侦察船，其特征在于，所述船体(1)还搭载有：声纳装置(2)、水下载荷布放架(3)、测深仪(10)、电池(12)以及电源管理装置(16)。
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