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无人艇-机协同定位起降关键技术与验证

郑兵 董超 刘涵 熊俊峰 黄朝雄

郑兵, 董超, 刘涵, 等. 无人艇-机协同定位起降关键技术与验证[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 260-266 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026
引用本文: 郑兵, 董超, 刘涵, 等. 无人艇-机协同定位起降关键技术与验证[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(2): 260-266 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026
ZHENG Bing, Dong Chao, LIU Han, XIONG Junfeng, HUANG Chaoxiong. Key Technologies and Verification of Cooperative Positioning Take-off and Landing for USVs and UAVs[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(2): 260-266. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026
Citation: ZHENG Bing, Dong Chao, LIU Han, XIONG Junfeng, HUANG Chaoxiong. Key Technologies and Verification of Cooperative Positioning Take-off and Landing for USVs and UAVs[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(2): 260-266. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026

无人艇-机协同定位起降关键技术与验证

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026
基金项目: 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室自主设立课题 (MESTA-2021-C004); 广东省重点领域研发计划项目(2020B1111010002).
详细信息
    通讯作者:

    董 超(1982-), 男, 博士, 研究员, 研究方向为海洋智能装备

  • 中图分类号: U674

Key Technologies and Verification of Cooperative Positioning Take-off and Landing for USVs and UAVs

  • 摘要: 无人艇(USV)单平台执行水面任务易受平台限制, 构建无人艇-机跨平台系统能实现平台优势互补。文章通过研究无人艇-机起降及补能技术, 实现无人艇-机持久协同作业。首先, 针对无人机(UAV)在动态USV上起降问题, 开展无人艇-机协同定位起降技术研究, 研究了无人艇-机速度、位置状态信息动态更新模型, 实现了UAV在USV端高精度的起降; 其次, 针对UAV续航时间短的问题, 开展UAV在USV端补能研究, 研究了UAV端起降机构和USV端充电网机构, 实现了UAV着艇快速补能; 最后, 在海面验证该无人艇-机跨平台起降补能系统性能, 试验结果中, 无人艇-机系统能在3.0 m/s的高速运动状态下, 实现UAV在USV端的成功降落和补能, 满足海上无人艇-机跨平台系统执行任务场景的需求。

     

  • 图  1  无人艇与无人机平台

    Figure  1.  USV and UAV platforms

    图  2  无人机起飞流程图

    Figure  2.  Flowchart of UAV takeoff

    图  3  起落机构组成

    Figure  3.  Composition of landing mechanism

    图  4  充电网结构组成

    Figure  4.  Composition of charging network structure

    图  5  无人机辅助降落补能流程

    Figure  5.  Flowchart of UAV assisted landing charging

    图  6  起降机构锁死状态

    Figure  6.  Locked status of lifting and lowering mechanism

    图  7  无人艇-机跨域协同通信链路

    Figure  7.  Communication link between USV and UAV

    图  8  无人艇-机起降验证

    Figure  8.  Landing and takeoff validation of USV and UAV

    图  9  无人机相对无人艇飞行高度

    Figure  9.  Flight height of UAV relative to USV

    表  1  无人艇技术指标

    Table  1.   Technical specifications of the USV

    名 称参数性能
    尺寸长7.5 m, 宽2.8 m
    满载吃水深度≤0.5 m(至载荷底部)
    设计排水量≤2.5 t
    搭载能力≥200 kg
    工作速度5~6 kn
    最大平均航速≥12 kn
    工作续航时间20 h(工作航速)
    通信性能宽带≥15 km, 8 Mbit/s
    布放回收3级海况下, 人员无须登艇实现
    下载: 导出CSV

    表  2  无人机技术指标

    Table  2.   Technical specifications of the UAV

    名 称参数性能
    载荷≥3 kg
    巡航速度≥25 km/h
    续航时间≥20 min
    抗风能力5级
    防水等级≥IPX3
    悬停精度4级风速下, 水平悬停航迹控制精度优于0.5 m,
    垂直悬停航迹控制精度优于0.5 m
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-20
  • 修回日期:  2024-03-24
  • 录用日期:  2024-03-26
  • 网络出版日期:  2024-04-13

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