• 中国科技核心期刊
  • JST收录期刊
  • Scopus收录期刊
  • DOAJ收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
  • [1] Dong C, Li X, Chen X X, et al. Recent progress of marine survey unmanned surface vehicle in China[J]. Marine Technology Society Journal, 2019, 53(3): 23-29. doi: 10.4031/MTSJ.53.3.4
    [2] 樊邦奎, 张瑞雨. 无人机系统与人工智能[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2017, 42(11): 1523-1529.

    Fan Bangkui, Zhang Ruiyu. Unmanned aircraft system and artificial intelligence[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2017, 42(11): 1523-1529.
    [3] 李道亮, 包建华. 水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展[J]. 农业工程学报, 2018, 34(16): 1-9.

    Li Daoliang, Bao Jianhua. Research progress on key technologies of underwater operation robot for aquaculture[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2018, 34(16): 1-9.
    [4] 徐小斌, 段海滨, 曾志刚, 等. 无人机/无人艇协同控制研究进展[J]. 航空兵器, 2020, 27(6): 1-6.

    Xu Xiaobin, Duan Haibin, Zeng Zhigang, et al. Progresses in UAV/USV cooperative control[J]. Aero Weaponry, 2020, 27(6): 1-6.
    [5] 戴碧碧. 无人机协同无人船在淮河崩岸监测中的应用[J]. 吉林水利, 2024(2): 37-41.
    [6] 朱鹏瑞, 韩阳, 刘红彪, 等. 无人机与无人船在船闸立体巡检中的协同应用[J]. 水道港口, 2023, 44(3): 432-438.
    [7] Dufek J, Murphy R. Visual pose estimation of USV from UAV to assist drowning victims recovery[C]//2016 IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics(SSRR). Lausanne, Switzerland: IEEE, 2016.
    [8] Xiao X, Dufek J, Woodbury T, et al. UAV assisted USV visual navigation for marine mass casualty incident response[C]//2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS). Vancouver, BC, Canada: IEEE, 2017.
    [9] Wei W, Wang J, Fang Z, et al. 3U: Joint design of UAV-USV-UUV networks for cooperative target hunting[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2022, 72(3): 4085-4090.
    [10] 赵良玉, 程喆坤, 高凤杰, 等. 无人机/艇协同自主降落的若干关键技术[J]. 中国造船, 2020, 61(S1): 156-163.

    Zhao Liangyu, Cheng Zhekun, Gao Fengjie, et al. Several key technologies of unmanned aerial vehicle-unmanned surface vehicle cooperative autonomous landing[J]. Shipbuilding of China, 2020, 61(S1): 156-163.
    [11] 范云生, 孙涛, 王国峰, 等. 基于海空双视觉协同的无人艇载无人机自主降落与验证[J]. 大连海事大学学报, 2022, 48(2): 1-10.

    Fan Yunsheng, Sun Tao, Wang Guofeng, et al. Autonomous landing and verification of unmanned boat-borne UAVs based on dual vision collaboration between sea and air[J]. Journal of Dalian Maritime University, 2022, 48(2): 1-10.
    [12] Xu Z C, Hu B B, Liu B, et al. Vision-based autonomous landing of unmanned aerial vehicle on a motional unmanned surface vessel[C]//2020 39th Chinese Control Conference. Shenyang, China: IEEE, 2020.
    [13] Li W, Ge Y, Guan Z, et al. Synchronized motion-based UAV-USV cooperative autonomous landing[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2022, 10(9): 1214. doi: 10.3390/jmse10091214
    [14] Abujoub S, McPhee J, Irani R A. Methodologies for landing autonomous aerial vehicles on maritime vessels[J]. Aerospace Science and Technology, 2020, 106: 106169. doi: 10.1016/j.ast.2020.106169
    [15] 王伟平, 何西, 董超, 等. 海洋探测无人艇: 平台设计及应用[J]. 电信科学, 2021, 37(7): 40-47.
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  975
  • HTML全文浏览量:  86
  • PDF下载量:  103
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号