CN110316327A - 一种模块化无人艇 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人艇技术领域，公开了一种模块化无人艇，包括无人艇平台，无人艇平台上设有控制***、任务载荷和综合信息***，各***通过光纤总线联系在一起；无人艇平台是模块化无人艇的主体，包括船体、轮机和电气***，轮机包括推进机械设备和发电机组，轮机和电气***安装在船体上，船体从头到尾依次设有水密舱、压载水舱、补给舱、机舱和喷泵舱，本发明无人艇采用开放式***、模块化设计，各型无人艇采用统一的通用艇体平台，艇载任务设备间采用光纤总线结构，各任务设备采用标准化模块结构和通用总线接口形式，通过光纤总线连成统一整体，代替人在恶劣或者危险环境下执行巡逻护卫、海洋执法、搜寻救助、水质监测和水文地理勘察等任务。

Description

一种模块化无人艇

技术领域

本发明属于无人艇技术领域，特别是涉及一种模块化无人艇。

背景技术

模块化无人艇是指可由人进行遥控操作或自主操作在水面或水下行驶的船艇，它集船舶设计、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体，可根据其使用功能的不同，采用不同的任务模块，搭载不同的传感器及设备，从而执行巡逻护卫、海洋执法、搜寻救助、水质监测、水文地理勘察等民用任务；现在像核电站、石油钻井平台等区域的海上巡逻主要以人为之，这些区域或对身体有害，或对人身安全构成威胁，目前国内研制的无人艇多为视距内的遥控船，局限于视距内的船艇无人操控。

发明内容

本发明的目的是提供一种代替人在恶劣或者危险环境下执行巡逻护卫、海洋执法、搜寻救助、水质监测、水文地理勘察等任务的无人艇，并且采用同一船体为载体，通过更换统一接口、统一尺寸的不同任务模块，执行不同任务，再保证人员安全的前提下，大大节省了资金成本和不同任务形式之间的切换时间。

本发明提供了一种模块化无人艇，包括无人艇平台，无人艇平台上设有控制***、任务载荷和综合信息***，各***通过光纤总线联系在一起。

无人艇平台是模块化无人艇的主体，包括船体、轮机和电气***，轮机包括推进机械设备和发电机组，轮机和电气***安装在船体上，船体采用深V型船体，船体包括舷侧、甲板、船底和内底，舷侧、甲板、船底和内底为纵骨架结构，船体上安装有配重，降低了船舶重心，船体为全船封闭、高浮力自扶正设计，结构牢固、操控性能好、有效装载空间大，立体感式上下隔舱式结构，独立模块方便更换，船体全封闭防水、防沉设计，船体及甲板室材料采用全铝合金材料，船体骨材材料采用挤压成型铝合金型材，具有质轻、高强、耐腐蚀等优势，船艇自身质量轻，可节省能源和提高航速，能有效满足海上各种恶劣情况下使用需求。船体顶部敷设隔热、隔音的材料进行防火、降噪、隔热处理，船体从头到尾依次设有水密舱、压载水舱、补给舱7、机舱和喷泵舱，水密舱保证任意一舱进水，其他舱的浮力仍可以保证船不会下沉；在燃油消耗较大，影响船体稳性时，通过向压载水舱内灌水压载，保证了船体稳性；船体的两舷和船体首部设有D型橡胶护舷，作为靠泊船舶和码头护舷；机舱的艉甲板上开有机舱口，可供船员进出机舱用；水密舱上方安装有减摇仪，补给舱内安装有油箱、发电机和声呐，喷泵舱内安装有喷泵，船体上方安装有雷达、光学球、避碰探测装置、卫通天线、短波天线和超短波天线。

控制***主要综合艇上各传感器信息、自主完成无人艇航行态势感知与识别，在此基础上根据控制策略，实现无人艇的航行控制等，控制***包括艇控***、测控地面站，艇控***由感知与融合子***和航行控制管理子***组成。艇控***为实现无人艇的遥控/自主航行、无人艇姿态与航行环境的检测与感知、特殊任务实现等功能，各部分通过总线实现数据交互，接收来自无人艇基础任务载荷上传到总用总线上的传感器信息，进行信息融合与处理后，发送航行与任务控制指令，操纵无人艇平台设备与任务载荷，实现无人艇的遥控及自主航行，遂行各种模块化任务；为保证***可靠稳定运行，艇控***设置了艇载设备信号采集冗余、全艇通讯网络冗余设计。

测控地面站实现岸基(或母船)的远程驾控与监测功能，通过地面数据终端(GDT)接收来自艇载数据终端(VDT)的传感器信息与无人艇平台航行姿态信息，经过航行操控台与任务操控台进行处理，发出航行遥控指令及任务操控指令，通过地面数据终端(GDT)发送给艇载数据终端(VDT)。

测控地面站包括实物型远程驾控监测台和三维虚拟远程驾控平行***，分别满足无人艇航行操控相关工作和任务载荷操控相关工作，实物型远程驾控监测台包括航行操控台和任务操控台，测控地面站主要用于对模块化无人艇进行艇体及艇上任务设备进行遥控、遥测等，实现岸基的远程驾控与监测功能，工作时无人艇既可根据事先设定的航路自主航行也可通过测控地面站遥控，测控地面站主要通过短波/超短波/卫星通信等无线链路接收无人艇平台的位置、工作状态等实现对其远程遥控。

感知与融合子***包括信号接口模块和信息融合模块，信号接口模块主要完成船体自身状态信号及在航环境信号的感知，采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器的信号，并将其转换为统一的信号协议，通过总线供其他子***共享；信息融合模块用于对各类传感信息进行融合处理后生成有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息，信息融合模块保障无人艇在自主航行时，在对自身状态及在航环境做到有效感知的前提下，需对不同类型数据做融合处理，为后续的航行决策及控制执行部分提供简单并可靠的依据。信号接口模块包括船体自身状态信号和在航环境感知信号，船体自身状态信号包括发动机转速监控模块、喷泵角度监控模块、姿态感知模块和GPS信号模块；发动机转速监控模块实时监控无人艇发动机转速值等参数，根据实际需求改变转速值以完成喷泵量；喷泵角度监控模块根据无人艇航向要求，实时监控喷泵角度，为后续喷泵角度调整提供依据；姿态感知模块实时记录无人艇航向信息和自身姿态信息；GPS信号模块利用船载高精度差分GPS***并结合电子海图对无人艇进行定位；在航环境感知信号包括视频监控模块、雷达监控模块、AIS模块和罗盘GIS、GPS和北斗模块，视频监控模块根据无人艇船体的实际大小合理配置摄像头数量，以满足对无人艇在航环境的360°无死角监控，为满足无人艇全天候自主航行，配置的摄像头需满足普通光学及红外夜视等功能；雷达监控模块用于对航海岸线及远距离目标进行感知；AIS模块能接收航道内其他船舶发送的AIS信号，进一步提高无人艇对障碍物的感知能力；罗盘GIS、GPS和北斗模块为利用船载罗盘、高精度差分GPS和北斗***并结合GIS信息对无人艇进行定位、导航，实现地形匹配功能。信息融合模块包括信号接口控制箱和信息融合处理主机，信息融合模块保障无人艇在自主航行时，在对自身状态及在航环境做到有效感知的前提下，需对不同类型数据做融合处理，为后续的航行决策及控制执行部分提供简单并可靠的依据，针对无人艇自主避碰，需要对航道内存在的各种障碍物做到精确定位；结合各型感知设备，利用卡尔曼滤波等预处理，并利用证据推理等方法对感知到的多源异构数据做融合处理。另外，根据无人艇对航行态势的认知及对信息量的反馈，反过来影响感知模块对数据的处理过程。信号接口控制箱用于采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器信号，并将其转换为统一的信号协议，通过总线供其他子***共享；信息融合处理主机用于对各类传感信息进行融合处理后生成有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息。

航行控制管理子***包括数据处理模块接口、控制功能模块；数据处理模块接口的数据处理模块接收感知与融合处理子***输出的各类信息，以及测控地面站的遥控命令，根据任务载荷需求进行解析与组合后送对应控制功能模块作为输入信息；数据处理模块接口的命令转换发送模块将控制功能模块生成的航行操控指令转换为相关设备对应的驱动信号输出；控制功能模块包括航行信息显示模块、航向控制模块、航速控制模块、路径规划模块、自主避碰模块、光电***控制模块、一键启动模块和自动回港模块；航行信息显示模块接入便携式显示屏，即可实时显示无人艇各艇载设备运行状况、外部环境信息、船岸交互信息等，便于专业技术人员在艇上进行调试维护等工作任务；航向控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，基于智能控制算法决策喷水推进斗位置，改变喷水角度，从而实现航向或艏向的精确控制；航速控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，实现航速的精确控制；路径规划模块根据测控地面站下达的多点路径点集合，以及融合处理的综合信息，动态优化无人艇路径规划点集合，并决策优化的航向与航速自主控制指令，配合实现自主航行功能；自主避碰模块根据动静态障碍物与无人艇相对位置信息，基于安全避碰的目标，决策输出航向与航速自主控制指令，实现自主避碰功能；光电***控制模块根据测控地面站下达的光电跟踪***遥控命令，控制光电***设备运转，并将对应的视频跟踪图像/视频输出给无线通讯***接口；一键启动模块实现无人艇的一键启动/停止功能；自动回港模块实现无人艇按预设轨迹与方式自动回港的功能。

远程驾控监测台为实物型操控端，根据需要设置中心固定式或移动便携式，根据操控任务需求，远程驾控监控台功能模块包括地图显示模块、数据显示模块、航向控制模块、航速控制模块、手动遥控控制模块、固定路径规划模块、任意路径规划模块、一键启动与自动回港模块、自主避碰功能和应急处理功能；地图显示模块用于电子地图的动态加载和操作，可在地图中实时动态观测无人艇当前位置与轨迹信息；数据显示模块用于设计人机交互界面，实时动态显示无人艇感知与融合处理输出的综合信息，并保存至数据库；航向控制模块通过人机交互界面，输入航向角或者以图形控件方式，实现对航向远程控制；航速控制模块通过人机交互界面，输入航速值或者以图形控件方式，实现对航速远程控制；手动遥控控制模块通过人机交互界面以及遥控手柄/光电视频，遥控操作当前无人艇运行；固定路径规划模块用于事先设置固定的路线，如出船、回船等命令实现一定的固定路径规划；任意路径规划模块通过地图上设置路径节点，构成任意路径点集；一键启动与自动回港模块通过人机交互界面实现一键启动无人艇和一键将无人艇自动回港；自主避碰功能基于电子地图，综合船载信息融合***输出的障碍物信息，通过碰撞危险度判断与避碰决策专家知识库，优化路径规划点集，实现全局自主避碰功能，与无人艇艇控***中的局部自主避碰功能相辅相成，最终实现本船的自主避碰功能；应急处理功能是模块化无人艇在海上航行过程中出现通信中断、任务设备故障等重大问题时，通过预先输入的指令和程序来保证无人艇的安全。

三维虚拟远程驾控平行***为利用三维仿真技术、信息融合技术重构的驾驶环境的平行***，利用无人艇回传的雷达、AIS、GPS、罗经、姿态仪信号，重构船艇航行的三维视图，并在该三维环境中，实现雷达、AIS信号的现实、叠加和融合，利用平面3D与虚拟现实两套方案，支持驾控人员沉浸该平行***，实现远程操作船艇，用于解决船艇在大雾、黑夜等能见度不良，视频传输无法发挥正常作用情况下的环境感知与船艇操控问题，操作人员无需关注各个不同的传感器，平行***运行仿真数据为无人艇远程操作提供培训。

控制***功能如下：1)无线通讯功能，本船采用短波、超短波及卫星通信(后续加装)等多种通信方式作为超视距远程通信手段，能够对各通信链路工作状态实时监控，实现通信网络的自主切换，保证船体与测控地面站通信的稳定与畅通。2)数据采集、显示功能，采集无人艇的航行数据(包括经纬度、航速、航向、姿态信息等)、操控数据(主机转速、正倒车状态、转舵喷嘴位置等)、各艇上设备及传感器信息等；各采集数据通过通信链路上传到测控地面站实时显示、记录。3)遥控驾驶功能处理器在接收到测控地面站发送的远程遥控指令后，通过控制输入输出模块将控制信号输出至喷水推进装置，完成遥控指令命令；遥控功能作为船体的基本功能，是为保证船体的航向正常以及突发状况的处理；在地域狭窄位置，使用遥控驾驶功能更能够保证船体安全性，船体将按照岸端服务中心所发送的指令，进行加速，减速以及方向的准确控制。4)自主航行功能，测控地面站发送设定航向后，船体能够按照指定的航向行驶，并保持设定航向，安全到达指定地点，能够抗击一定等级风浪。5)自主避障功能，将船载信息***实时采集数据进行融合处理，获得监测海域范围内的水上静态与动态目标(障碍物)信息，通过碰撞危险度判断与避碰决策(如保速保向、转向、调速、转向调速等)来自动控制主机与喷泵，从而实现本船得自主避碰功能。模块化无人艇的控制模式主要有遥控、自主两种模式，并具备避碰和紧急情况处理等功能。6)应急处理功能，应急处理主要是模块化无人艇在海上航行过程中出现通信中断、任务设备故障等重大问题时，通过预先输入的指令和程序来保证无人艇的安全，它包括恢复通信和控制启动自动回收***，或是自毁等；当主数据链路故障时，航控***应具备自动启用备份链路功能，保证指令的传输和数据的回传，当主数据链路和备份数据链路***同时失效时，航行控制***应自动转到应急安全模式，按照GPS等传感器的数据，将无人艇控制到预设定的水域待命；无人艇平台上提供一个控制接口，用于在发生故障、进行测试和突发事情的情况下，将测控地面站直接安装在无人艇上，与核心艇控***互联，在无需通过无线信号，可以直接控制无人艇；可在任务开始前后进行水面艇的状态监控和开车/停车等。

为了满足模块化无人艇导航及对近距离目标的侦察、探测等需要，艇上安装有高分辨对海监视雷达、光电探测***、水声探测***、GIS、AIS、GPS和北斗模块，根据任务载荷控制需求设计对应的控制模块，根据遥控指令实现对应任务载荷的操控。基础任务载荷结合了高分辨对海监视雷达探测距离远、不受气象条件影响和光电探测***分辨率高、直观等优势，满足了全天候条件下模块化无人艇对海上目标的精确探测需要，同时水声探测***能有效满足水下近距探测需要，GIS、AIS、GPS和北斗模块满足无人艇的定位、导航和地形匹配等功能，为自主航行和遂行任务提供可靠信息。任务载荷包括基本任务载荷和专用任务模块，基本任务载荷包括综合探测***、北斗定位***和惯导导航***，综合探测***包括高分辨对海探测雷达、光电探测***、水声探测***和视频监控***，满足无人艇航行及遂行任务的基本探测及信息集成，有效遂行巡逻护卫、海上执法、搜救和边防。专用任务模块包括海上执法功能模块、水质监测功能模块，余留有接口，后续可根据需求开发专用任务载荷。

高分辨对海探测雷达分为上单元、下单元、信号处理机、同步控制器、接口控制单元、数据处理机、显控终端和电源适配模块，电源适配模块为整个高分辨对海探测雷达***提供电源，上单元包括天线、伺服***、收发机和同步控制器，高分辨对海探测雷达***采用双收发机设计，单一收发机故障不影响***性能，保证了***的高可靠工作，上单元置于安装平台的顶端，上单元输出的中频信号通过低损同轴电缆从收发机送至信号处理机，通信信号通过多芯电缆与接口控制单元连接，接口控制单元与数据处理机和显控终端之间通过高可靠光缆相连，雷达与外部设备的通信和功能扩展等则通过多芯连接器与接口控制单元相连，数据处理机及显控终端基于嵌入式操作***搭建，采用高速总线与接口控制单元进行数据交互，配合大尺寸的液晶显控终端，完成数据处理和显控任务，信号处理机、接口控制单元安装在4U标准上架式机箱内，下单元、数据处理机和电源适配模块安装在室内。

高分辨对海探测雷达的工作原理为：信号经发射通道从天线向空间辐射，经远处目标反射后形成回波信号，并通过天线进入接收机，接收通道对回波信号进行滤波、放大、频率变换和中频调理等处理后将信号送至信号处理机，信号处理机完成AD转换、同步解调、频率分选、数字下变频以及脉冲压缩信号预处理工作；回波信号经信号处理机进行预处理操作后被送入数据处理机进行数据处理，包括抗干扰滤波、恒虚警检测、相干检测、动目标显示以及数据组帧等；数据处理的结果最终在显控终端显示，显示***对视频信号进行坐标转换、数据处理，最终结果通过高分辨率液晶显示器以彩色显示的方式进行显示；雷达***各功能部件在同步控制器的控制下按照严格的时序关系配合工作，共同完成目标探测；雷达***的控制通过显控终端实现；在显控终端中，相关参数通过操作界面便于调控。

高分辨对海探测雷达具备对海监视和导航功能，具备对海高分辨能力，具备良好的小目标探测能力，满足反海盗、巡逻警戒等多种特定任务需要；满足引导精确制导武器等特定任务需要。高分辨对海探测雷达采用多种先进技术，具备以下性能特点：(1)高精度、高辨率：高分辨对海监视雷达采用宽频带发射信号，距离分辨单元可达3米，大幅度提升对目标的探测精度和距离分辨能力；(2)小目标探测能力强：高分辨对海监视雷达对于海上小目标具有很强的探测能力，能够在复杂环境中可靠的探测小渔船、摩托艇等小型水上目标；(3)大动态范围：结合距离分段处理和高精度数字采样技术，高分辨对海监视雷达获得了优异的动态范围性能，同时探测强反射目标和弱反射目标，在探测大型目标的同时可避免小型目标回波信号的遮盖，***的瞬时劢态范围(即峰值副瓣比(PSLR)或峰值副瓣水平(PSLL)，表征可同时探测两个距离相近、回波功率强度差异轳大目标的能力)可达45dB以上，即可同时探测两个距离相近、回波功率相差45dB的目标。

高分辨对海监视雷达的主要技术和性能指标如下所示：工作频段：X波段；发射功率：20W；天线尺寸：1.8米；天线增益：>28dB；波束宽度：水平＜1.3°，俯仰＜20°；距离分辨力：优于3m；测角精度：优于0.2度；作用距离：20m～24nm；机械扫描速度：24rpm。

光电探测***配备高分辨红外探测器和电动三视场镜头，可同时兼顾快速搜索和侦察、识别需要；高性能的CCD配合高变焦的镜头，进一步增强了设备对目标的识别能力；球形外壳及全密封设计，使设备对各种恶劣环境具有极强的适应能力；激光测距机、激光照明器及双轴陀螺稳定平台可选配置，使设备满足特殊应用需求；设备架构兼顾，易于安装调试，操控维护简单，工作可靠稳定。红外热成像侦察、探测***技术指标：工作波段：3～5um；探测器阵列规模：320×256；视场角：窄视场：1°×0.8°；中视场：3°×2.4°；宽视场：9°×7.2°；转台范围：方位：-170°～+170°；俯仰：-20°～+60°。

水声探测***主要包括小型侧扫声纳，主要用于水下目标探测，保障航行安全及水下安全监测。

综合信息***包括无线通信***和总线综合信息***，综合信息***依托通用光纤总线及标准化接口等构建一个通用化、标准化的开放式构架，满足模块化设计需要。构建模块化无人艇综合信息***的主要目的是实现无人艇平台、艇控***、任务***信息的高度综合，简化无人艇平台设备电缆网络，提高任务载荷的标准化、模块化水平，从而大幅度提高无人艇任务执行能力，提高***可靠性，降低***成本，减少维护人员的数量和消耗的时间，方便任务用户的使用。

无线通信***采用北约军用标准的艇载数据终端(VDT)和地面数据终端(GDT)的模式，采用标准接口协议，全面支持互操作。

艇载数据终端主要用于实现无人艇与测控地面站之间的信息传输和交换，是实现无人艇遥控指挥的关键模块，支持实现无人艇互操作功能。艇载数据终端分为数据终端、无线通信设备和通信管理三部分，数据终端用于接收、存储和发送艇载信息及地面站信息，VDT设备的中央决策、控制单元及数据存储单元，常用高速信号处理集成电路及其***存储设备来实现；无线通信设备用于接收和发送数据终端信息，使用短波和超短波无线电通信，预留卫通接口，可实现一对多、多对一无线通信，是实现模块化无人艇互操作性的关键设备；通信管理用于管理无线通信设备，正常情况下用一个通信设备进行数据传输，在一个设备出现故障的时候可以使用另外一个设备工作，保证***工作的高可靠性。艇载数据终端通过光纤总线与航行设备和任务设备相连，采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器的信号，将有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息，通过图传和数传电台发送到测控地面站；接收来自测控地面站的航行控制命令和任务指挥命令，将相关指令通过总线发送给艇控***和任务载荷，实现无人艇航行控制和遂行各种任务。

地面数据终端包括数据处理终端、通信设备和通信管理***，通过数传、图传等无线通信链路与艇载数据终端进行信息传输和交换，通过总线与航行操控台和任务操控台两大操控台进行信息传输和交换，接收艇载数据终端融合处理的综合信息，根据信息类型分别发送给航行操控台和任务操控台，并接收航行操控台发送的航行控制指令和任务操控台发送的任务控制指令，对指令进行处理后通过无线链路发送给艇载数据终端，对无人艇航行和任务执行遥控指挥。考虑遥控艇航程远，为保证视距内和视距外的通信、操控等需要，无线通信***主要由短波、超短波数传及卫星通信组成；短波通信数据量较小，只能将艇上观测***测得的数据综合，对重要数据压缩后通过短波无线链路传到测控地面站；而超短波/卫星通信数据传输数据率相对较高，误码率低，传输可靠，可以实现视距内/视距外的较大数据量的实时传输；工作中根据通信距离选择合适的通信链路，同时各链路互为备份，以提高无人艇的工作可靠性。

1)短波无线数传设备技术指标

短波无线数据传输设备应符合军标关于跌落、粉尘、温度、冲击和振动的要求；具有用于电子对抗的跳频、数字化加密等军用功能。其主要具体指标如下：a、频率范围：发射1.6～30MHz，接收0.5～30MHz；b、数据率：1200～2400bps；c、射频输出功率：不小于100W。

2)超短波无线数传设备技术指标

超短波数据传输设备覆盖频率选择330MHz～512MHz、960MHz～1215MHz等波段，在视距范围内它的数据吞吐量大，通信性能可靠。其具体技术指标如下：a、工作频点:330MHz～512MHz、960MHz～1215MHz(可选)；b、数据率：19200～1Mbps；c、数据端口:RS-232、RJ－45。

3)卫星通信设备技术指标

卫星通信采用动中通卫星通信，天线采用弧形抛物面馈元和偏馈抛物柱形反射面复合天线。确保在视距外大范围数据吞吐量大，通信性能可靠。其具体技术指标如下：a、工作频率：接收：12.25-12.75GHz，发射：14.00-14.50GHz；b、天线增益：接收：≥34dB，发射：≥37dB；c、天线极化：线极化；d、波束覆盖范围：方位：360°连续，俯仰：25°～71°，极化：±95°；e、天线外形尺寸：(含天线罩)。

通信管理***是由于综合数据终端待发送数据量、优先级和短波、超短波通信设备带宽、工作状态等因素，对通信进行综合管理的***，实时掌握各种通信手段的工作状态和信道带宽，按任务等级对各种数据进行优先级配置，在宽带信道可用的情况下可以进行高速数据传输，当仅有窄带信号可用的情况下，优先收发无人艇航行姿态数据，任务数据插空发送。

总线综合信息***包括光纤总线和标准接口协议，艇上光纤总线***主要功能是将各个分***组成一个统一整体，实现各个分***之间软硬件资源和数据共享；艇上各分***均采用模块化设计，各功能模块间信息交互采用通用的光纤接口，遵循通用的标准接口协议(ICD)；这样艇上各分***对于光纤总线都是标准化的子模块，方便根据模块化无人艇任务需求改变或增减任务各模块的搭配组合形式，组合成巡逻、测绘等不同功能的模块化无人艇。艇上光纤总线采用基于反射内存的超高速光纤网络，它克服了以太网在实时应用中存在的数据传输速率不高、在网络负载较大时网上数据传输延迟较大且延迟具有不可预测等缺点；具有高速、主机负载轻、软硬件平台适应性好、传输纠错能力强、支持中断信号传输等特点，艇上光纤总线***采用双环设计，满足无人艇可靠性要求。

通用型光纤通信总线实现无人艇平台设备互联互通的信息传输通道，按照STANAG7085和STANAG 5500协议传输信息；标准接口将艇载设备与光纤总线相连的物理接口，按照规定的硬件和软件标准工作；遵照HTTP、STANAG 7085和STANAG 5500协议与总线和艇载设备进行信息传输和交换，将不同设备上传的信息转化为具有相同格式的信号消息，遵循数据链协议STANAG 7085将信息加载到通用型光纤通信总线上，将总线传来的信息和指令转化为载荷和设备自身支持的信息和协议，可不断加载外来地面站和无人艇信息，是实现无人艇平台互联互通互操作的关键模块。标准接口协议定义了一组无人艇航行与执行任务所需的通用信息集，综合信息***内信息传输执行通用信息集，任务载荷内部的数据内容可以由设备制造商自行定义，任务设备只要按照总体规定的ICD转化为标准格式信息向光纤总线中传输数据，光纤总线可直接将数据发送到指定的目的端设备，总体单位不用了解设备内部数据的详细内容，即保护了设备制造商的利益，又降低了总体单位的对接协调工作量。新增无人艇与测控地面站，在执行标准接口协议后，可加入模块化无人艇任务网络，实现一对多、多对一的互操作。接口控制文件(ICD)是标准化接口的重要组成部分。依托综合信息化设计实现信息交互总线化、接口及协议标准化，构建统一、通用、开放的***平台，方便不同设备的集成、升级、改造。

任务设备的数据内容可能是由用户自行定义，任务设备只要厂商按照规定的ICD格式向***总线中传输数据，***总线可直接将数据发送到指定的目的端设备，总体单位不用了解用户数据的详细内容，即保护了用户的利益，又降低了总体单位的对接协调工作量。

综合信息***中基于高速光纤的总线网络主要特点如下：实时性强，点对点延时为纳秒级；可靠性高，具备双环自愈能力；网络不占用CPU开销；支持热拔插功能，能够很方便的增加或者删除节点；具备自测试功能，方便维护；可根据特殊应用场合定制网络协议；支持通用接口技术需要。

综合信息***的主要技术指标为：1)传输速率：大于3.125Gbps；2)拓扑结构：双环；3)网络传输延迟：us级；4)节点数：最多可容纳256个节点；5)传输距离：300米(多模光纤)、10千米(单模光纤)；6)冗余容错：支持；7)软件透明：是；8)用户接口支持：RS232、RS422、RS485、LAN、CPCI、PCI、ISA、PCIe等；9)尺寸：180mm×160mm×100mm；10)重量：小于3KG；11)供电：28VDC 1.5A；12)环境要求：-25℃～65℃。

为了在研制综合信息***过程中，有效避免人力和物力的浪费，首先研制综合信息***模拟器，在地面条件下对各艇上设备进行联调；对模块化无人艇信息采集、处理、航行操控和任务执行过程进行计算机模拟试验，对关键技术的研制进行审核认定；在信息通路联调联试合格基础上进行上艇安装调试。

模块化无人艇的建造流程为：a.根据图纸建造艇体平台及其上层建筑；b.根据图纸确定ICD；c.根据图纸连接各***及总线；d.调试工作：1)数据通信接口调试；2)艇载中心控制器调试；3)艇载通讯网络接口调试；4)艇载常规设备控制接口调试；5)艇载任务载荷控制接口调试；6)地面站监控装备调试(固定式、移动式)；7)船岸通讯接口调试等；8)地面状态下***集成、联调；9)艇控***、任务载荷(或模拟器)在高可靠任务计算机的控制和综合信息***的信息集成下，完成艇控***的地面状态下集成及联调；10)控制***艇上集成及联调；11)完成整个控制***的水上集成及联调；e.试验试航:1)试验试航分为系泊试验和***动态试验两个阶段,系泊试验阶段工作包括：①近海拖带、系泊试验；②低速遥控航行试验；③低速自主航行试验；2)***动态试验***动态试验阶段工作主要包括：①基于电子海图既定航路规划的自主航行试验(工作船引导条件下)；②规划航路的自主航行试验(工作船保障条件下)；③恶劣海情下航行试验；④复杂航道自主航行试验；f.海上任务功能演示试验，演示自主执行区域巡逻任务功能。

有益效果：

1.本发明集船舶设计制造、人工智能、信息处理、运动控制等专业技术为一体，具有以下几个特点：

(1)高强度、高耐用性和高适航性，模块化无人艇船体结构采用深V船型、全铝合金设计建造，结构强度高、适航性好、抗恶劣环境能力强，具有自扶正功能，4级海况能执行任务，5级海况能生存，耐用性好，适应高强度远距离连续航行。

(2)基于模块化、总线化的综合信息化设计，模块化无人艇采用开放式***、模块化设计，通过基于光纤总线的综合信息***将各任务设备集成，在统一的船体平台基础上，可根据任务需要更换不同的任务载荷。

(3)综合化的全方位高精度探测，全方位高精度海上探测是海上航行及遂行各种任务的关键，模块化无人艇综合高分辨对海监视雷达、光电探测及声纳等探测设备，结合多源信息集成，具备全方位、全天候、高精度探测性能。

(4)具备远程自主任务能力，区别有当前市面上绝大多数局限于视距内近程遥控操作艇的产品，模块化无人艇结合远距离综合通信、自主避碰及自主任务控制等关键技术，具备远距离自主执行任务的能力，自主能力强，适用性好。

3.本发明无人艇采用开放式***、模块化设计，各型无人艇采用统一的通用艇体平台，艇载任务设备间采用光纤总线结构，各任务设备采用标准化模块结构和通用总线接口形式，通过光纤总线连成统一整体，能根据承担的任务需要更换、增减设备模块而不需要改变电缆网，各任务模块采用通用的机械接口，任务模块可以按需要灵活的进行更换，以实现任务功能的变更，同时可以根据任务需求搭载不同的任务设备及电子装备，从而形成不同功能的一系列模块化无人艇模块化设计，无需更换船艇线缆，即可实现任务切换，代替人在恶劣或者危险环境下执行巡逻护卫、海洋执法、搜寻救助、水质监测和水文地理勘察等任务，减少了人的劳动量，大大节省了资金成本和时间。

附图说明

图1为本发明模块化无人艇组成***图；

图2为本发明模块化无人艇结构示意图；

图3为本发明模块化无人艇结构俯视图；

图4为本发明模块化无人艇喷泵、蓄电池和发动机安装位置结构示意图；

图5为本发明模块化无人艇***连接图；

图6为本发明高分辨对海监视雷达功能组成图；

图7为本发明控制***和任务载荷组成框图；

如图1-7所示：水密舱1、压载水舱2、油箱3、声呐4、机舱5、喷泵舱6、补给舱7、发电机8、光学球9、避碰探测10、雷达11、超短波天线12、短波天线13、卫通天线14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种模块化无人艇，包括无人艇平台、控制***、任务载荷和综合信息***，各***通过光纤总线联系在一起。

无人艇平台是模块化无人艇的主体，包括船体、轮机和电气***，船体采用深V型船体，船体包括舷侧、甲板、船底和内底，舷侧、甲板、船底和内底为纵骨架结构，船体上安装有配重，降低了船舶重心，船体为全船封闭、高浮力自扶正设计，结构牢固、操控性能好、有效装载空间大，立体感式上下隔舱式结构，独立模块方便更换，船体全封闭防水、防沉设计，船体及甲板室材料采用全铝合金材料，船体骨材材料采用挤压成型铝合金型材，具有质轻、高强、耐腐蚀等优势，船艇自身质量轻，可节省能源和提高航速，能有效满足海上各种恶劣情况下使用需求。船体顶部敷设隔热、隔音的材料进行防火、降噪、隔热处理，船体从头到尾依次设有水密舱1、压载水舱2、补给舱7、机舱5和喷泵舱6，水密舱1保证任意一舱进水，其他舱的浮力仍可以保证船不会下沉；在燃油消耗较大，影响船体稳性时，通过向压载水舱2内灌水压载，保证了船体稳性；船体的两舷和船体首部设有D型橡胶护舷，作为靠泊船舶和码头护舷；机舱5的艉甲板上开有机舱5口，可供船员进出机舱5用；水密舱1上方安装有减摇仪，补给舱7内安装有油箱3、发电机8和声呐4，喷泵舱6内安装有喷泵，船体上方安装有雷达11、光学球9、避碰探测10装置、卫通天线14、短波天线13和超短波天线12。

船体的主要参数：总长L：8.50m，设计水线长LW：7.37m，型宽B：2.90m，满载吃水d：0.470m，主机功率160hp×2，航速～30Kn，油箱3容量1180L；在比重为1.025t/m³的海水中，设计吃水0.54m时的排水量约4.8t。

满载状态时本艇使用2台160hp主机加喷泵作为推进动力，在满载工况下，主机全速前进时静水最大航速为30节，储存燃油续航力不小于2000km；油箱3容积验证计算：2000km÷(30×1.852)km/h≈36h；根据斯太尔主机燃油功率两台主机36h共需13L/h*2*36h＝936L，发电机8消耗燃油量：3.4L/h*36h＝122.4L按照油箱3剩余容量10％计算，跑完2000km共需燃油:(936+122.4)L÷0.9＝1176L(取1180L)。

经过COMPASS计算验证，本艇稳性满足CCS要求；本艇还装有减摇陀螺仪，利用大惯量高速旋转的转子产生反作用力矩来抵消波浪力矩，最终实现航行稳定。本艇结构采用焊接进行装配连接，采用CCS认可的焊接方法；对艇上重要结构处的焊接均应按照CCS的要求进行无损探伤检查。艇体及甲板室材料采用5083牌号船用铝合金板；船体骨材材料为6082牌号船用挤压成型铝合金型材。

本艇为尾机型机舱5，机舱5布置于#0-#2肋位之间，全长为2.2m，设有两台STEYR生产的SE164E40型船用柴油机,两台ZF生产的ZF45C型船用齿轮箱，两台芬兰Alamarin.Jet生产的AJ230型喷水推进装置，一台美国奥南生产的11MDKBN型船用柴油发电机组。配置两台主机可以预防其中一台主机坏了，另一台工作，不影响航行。#2-#3设有一只容积为1180L的燃油箱。主要的推进机械设备、发电机组集中布置在#0～#2肋位机舱5区域，便于艇上设备的集中布置和管理。两台主机和喷泵居中对称布置；机舱5内的其他机电设备布置遵循运行安全可靠，便于操纵、维护和检修的原则；按照这一原则，本艇的绝大部分设备根据其功能进行区域化布置。

本艇为无人艇，采用遥控控制，可以在岸上对主机进行主机调速，还设置有主机起动和停车按钮及可改变换向导流器的位置，从而实现正倒车功能。

主、辅柴油机均用0#轻柴油机作燃料。本***由燃油箱、燃油滤器及管路阀件等组成。燃油箱设有带液位显示的电感液位计，通过设置在岸上的显示台显示仪表，可观测到油箱内的液位高度。主、辅机燃油泵将燃油经机带精油滤器泵至高压油泵，其中在精滤器上带传感器，可以检测滤器中油路的流速，从而排查滤器是否出现堵塞现象，管路运行是否正常。燃油箱供给出口设置船用电磁阀，可在岸上对阀门进行远程遥控，快速切断管路燃油。主、辅机燃油回油至燃油箱。燃油箱、油水分离器、机带精油滤器以及各阀件、接头下都设有集油盘，集油盘底部设放泄阀，便于将集油盘的残油放泄出。燃油箱的透气管(制作铜质防火网)，可以实现当艇体大幅度倾斜时，外部水不会进入油箱。主、辅机均为湿式油底壳，船用柴油机自身自带油底壳储存润滑油，采用STEYR专用滑油，并通过自带滑油泵将润滑油输送到机器各个润滑部件；辅机采用专用滑油。主机冷却采用开式和闭式相结合的方式进行冷却。闭式冷却剂为专用柴油机防冻液，通过机器自带淡水泵进行缸体内部冷却。舷外海水通过尾机自带海水泵将海水输送到机器上热交换器，对防冻液进行冷却。再通过排烟管路中的湿排混合器接口将海水排出。辅机冷却采用开式和闭式相结合的方式进行冷却。在主辅机海水滤器上带传感器，检查水流的流速，从而排查滤器是否出现堵塞现象，管路运行是否正常。主机排气管采用湿式排气，安***器。排气管通过耐高温排气软管从尾部舷侧排出口排出。辅机排气管设计为气水混合式排气排水管，安装辅机自带消音器。辅机排气管采用机带的DN50的耐高温排气软管制作。辅机排气管舷外排出口高于水线300mm。

本艇设有一台Rule-1500型电动舱底泵，用于排放舱底水，在底舱设有浮子开关，当水位高于浮子开关时，信号会传递到岸上的显示台上，可以在岸上进行遥控启动泵。

本艇船用柴油机、船用发电机组工作和其他机电设备散热所需要的空气，全部来自机舱5外部。本艇机舱5采用自然进风和自然排风。在机舱5后部的艉甲板右舷上开有一只通风面积足够的进风口，船外的新鲜空气可通过进风口送入机舱5。在机舱5后部的艉甲板左舷上设有一只通风足够的面积的排风口，通过排风口，将机舱5内的污浊空气抽出舱外，进、出风口具有止回功能，外部水不会进入到机舱5。

本艇采用交流220V发电机8作为主电源***，电制采用交流220V和直流24V双线绝缘***。本艇主要电气元器件在满足规范要求的前提下，按经济美观、实用安全的原则配置。

电气设备在艇上的布置要便于安全检查，保养与修理。所有电气设备的安放位置要尽可能使设备避开受到机械损伤或来自水，油和过多的热量造成的损害。如果不可避免安装在易损伤的位置，则该处所的设备要有适当的保护措施，以保证设备可靠性。

本艇除设备附带及特殊用途的电缆外，均使用CJ86/SC、CJ86/NC型等船用电缆。

本艇选用一台交流220V 11KW单相发电机组作为船舶主电源。发电机组采用直流12V启动，发电机8容量可满足正常情况下船舶正常航行、船舶安全、艇控***及基本任务载荷和专用任务模块等设备的使用需求。本艇设直流12V 150Ah蓄电池四块。其中两块组成容量为直流24V 150Ah的应急蓄电池组，当本艇电网完全失电的情况下，应急蓄电池组可供本艇安全航行所必需的用电设备,应急蓄电池组由发电机组进行充电，充电方式为浮充。另外两块直流12V 150Ah蓄电池用做两台主机与发电机组启动，两块蓄电池并联连接，当主机或发电机8启动后可由机带的充电装置对启动蓄电池组充电。

本艇设交直流配电板一座。配电板将发电机组与蓄电池的电能分配到全船用电设备，当本艇主电源失效时，应急电源通过配电板自动接入，以确保本艇航行需要。；本艇设交流220V防水岸电插座(带插头)一套，配直流12V充电机一台，用于船舶靠岸时利用岸电给启动蓄电池组充电。本艇根据沿海小船规范设信号灯一套，航行信号灯采用单层灯形式，本艇设有白环照灯、左舷灯、右舷灯各一只。

控制***主要综合艇上各传感器信息、自主完成无人艇航行态势感知与识别，在此基础上根据控制策略，实现无人艇的航行控制等，控制***包括艇控***、测控地面站，艇控***由感知与融合子***和航行控制管理子***组成。艇控***为实现无人艇的遥控/自主航行、无人艇姿态与航行环境的检测与感知、特殊任务实现等功能，各部分通过总线实现数据交互，接收来自无人艇基础任务载荷上传到总用总线上的传感器信息，进行信息融合与处理后，发送航行与任务控制指令，操纵无人艇平台设备与任务载荷，实现无人艇的遥控及自主航行，遂行各种模块化任务；为保证***可靠稳定运行，艇控***设置了艇载设备信号采集冗余、全艇通讯网络冗余设计。

测控地面站实现岸基(或母船)的远程驾控与监测功能，通过地面数据终端(GDT)接收来自艇载数据终端(VDT)的传感器信息与无人艇平台航行姿态信息，经过航行操控台与任务操控台进行处理，发出航行遥控指令及任务操控指令，通过地面数据终端(GDT)发送给艇载数据终端(VDT)。

测控地面站包括实物型远程驾控监测台和三维虚拟远程驾控平行***，分别满足无人艇航行操控相关工作和任务载荷操控相关工作，实物型远程驾控监测台包括航行操控台和任务操控台，测控地面站主要用于对模块化无人艇进行艇体及艇上任务设备进行遥控、遥测等，实现岸基的远程驾控与监测功能，工作时无人艇既可根据事先设定的航路自主航行也可通过测控地面站遥控，测控地面站主要通过短波/超短波/卫星通信等无线链路接收无人艇平台的位置、工作状态等实现对其远程遥控。

感知与融合子***包括信号接口模块和信息融合模块，信号接口模块主要完成船体自身状态信号及在航环境信号的感知，采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器的信号，并将其转换为统一的信号协议，通过总线供其他子***共享；信息融合模块用于对各类传感信息进行融合处理后生成有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息，信息融合模块保障无人艇在自主航行时，在对自身状态及在航环境做到有效感知的前提下，需对不同类型数据做融合处理，为后续的航行决策及控制执行部分提供简单并可靠的依据。信号接口模块包括船体自身状态信号和在航环境感知信号，船体自身状态信号包括发动机转速监控模块、喷泵角度监控模块、姿态感知模块和GPS信号模块；发动机转速监控模块实时监控无人艇发动机转速值等参数，根据实际需求改变转速值以完成喷泵量；喷泵角度监控模块根据无人艇航向要求，实时监控喷泵角度，为后续喷泵角度调整提供依据；姿态感知模块实时记录无人艇航向信息和自身姿态信息；GPS信号模块利用船载高精度差分GPS***并结合电子海图对无人艇进行定位；在航环境感知信号包括视频监控模块、雷达监控模块、AIS模块和罗盘GIS、GPS和北斗模块，视频监控模块根据无人艇船体的实际大小合理配置摄像头数量，以满足对无人艇在航环境的360°无死角监控，为满足无人艇全天候自主航行，配置的摄像头需满足普通光学及红外夜视等功能；雷达监控模块用于对航海岸线及远距离目标进行感知；AIS模块能接收航道内其他船舶发送的AIS信号，进一步提高无人艇对障碍物的感知能力；罗盘GIS、GPS和北斗模块为利用船载罗盘、高精度差分GPS和北斗***并结合GIS信息对无人艇进行定位、导航，实现地形匹配功能。信息融合模块包括信号接口控制箱和信息融合处理主机，信息融合模块保障无人艇在自主航行时，在对自身状态及在航环境做到有效感知的前提下，需对不同类型数据做融合处理，为后续的航行决策及控制执行部分提供简单并可靠的依据，针对无人艇自主避碰，需要对航道内存在的各种障碍物做到精确定位；结合各型感知设备，利用卡尔曼滤波等预处理，并利用证据推理等方法对感知到的多源异构数据做融合处理。另外，根据无人艇对航行态势的认知及对信息量的反馈，反过来影响感知模块对数据的处理过程。信号接口控制箱用于采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器信号，并将其转换为统一的信号协议，通过总线供其他子***共享；信息融合处理主机用于对各类传感信息进行融合处理后生成有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息。

航行控制管理子***包括数据处理模块接口、控制功能模块；数据处理模块接口的数据处理模块接收感知与融合处理子***输出的各类信息，以及测控地面站的遥控命令，根据任务载荷需求进行解析与组合后送对应控制功能模块作为输入信息；数据处理模块接口的命令转换发送模块将控制功能模块生成的航行操控指令转换为相关设备对应的驱动信号输出；控制功能模块包括航行信息显示模块、航向控制模块、航速控制模块、路径规划模块、自主避碰模块、光电***控制模块、一键启动模块和自动回港模块；航行信息显示模块接入便携式显示屏，即可实时显示无人艇各艇载设备运行状况、外部环境信息、船岸交互信息等，便于专业技术人员在艇上进行调试维护等工作任务；航向控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，基于智能控制算法决策喷水推进斗位置，改变喷水角度，从而实现航向或艏向的精确控制；航速控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，实现航速的精确控制；路径规划模块根据测控地面站下达的多点路径点集合，以及融合处理的综合信息，动态优化无人艇路径规划点集合，并决策优化的航向与航速自主控制指令，配合实现自主航行功能；自主避碰模块根据动静态障碍物与无人艇相对位置信息，基于安全避碰的目标，决策输出航向与航速自主控制指令，实现自主避碰功能；光电***控制模块根据测控地面站下达的光电跟踪***遥控命令，控制光电***设备运转，并将对应的视频跟踪图像/视频输出给无线通讯***接口；一键启动模块实现无人艇的一键启动/停止功能；自动回港模块实现无人艇按预设轨迹与方式自动回港的功能。

远程驾控监测台为实物型操控端，根据需要设置中心固定式或移动便携式，根据操控任务需求，远程驾控监控台功能模块包括地图显示模块、数据显示模块、航向控制模块、航速控制模块、手动遥控控制模块、固定路径规划模块、任意路径规划模块、一键启动与自动回港模块、自主避碰功能和应急处理功能；地图显示模块用于电子地图的动态加载和操作，可在地图中实时动态观测无人艇当前位置与轨迹信息；数据显示模块用于设计人机交互界面，实时动态显示无人艇感知与融合处理输出的综合信息，并保存至数据库；航向控制模块通过人机交互界面，输入航向角或者以图形控件方式，实现对航向远程控制；航速控制模块通过人机交互界面，输入航速值或者以图形控件方式，实现对航速远程控制；手动遥控控制模块通过人机交互界面以及遥控手柄/光电视频，遥控操作当前无人艇运行；固定路径规划模块用于事先设置固定的路线，如出船、回船等命令实现一定的固定路径规划；任意路径规划模块通过地图上设置路径节点，构成任意路径点集；一键启动与自动回港模块通过人机交互界面实现一键启动无人艇和一键将无人艇自动回港；自主避碰功能基于电子地图，综合船载信息融合***输出的障碍物信息，通过碰撞危险度判断与避碰决策专家知识库，优化路径规划点集，实现全局自主避碰功能，与无人艇艇控***中的局部自主避碰功能相辅相成，最终实现本船的自主避碰功能；应急处理功能是模块化无人艇在海上航行过程中出现通信中断、任务设备故障等重大问题时，通过预先输入的指令和程序来保证无人艇的安全。

三维虚拟远程驾控平行***为利用三维仿真技术、信息融合技术重构的驾驶环境的平行***，利用无人艇回传的雷达10、AIS、GPS、罗经、姿态仪信号，重构船艇航行的三维视图，并在该三维环境中，实现雷达11、AIS信号的现实、叠加和融合，利用平面3D与虚拟现实两套方案，支持驾控人员沉浸该平行***，实现远程操作船艇，用于解决船艇在大雾、黑夜等能见度不良，视频传输无法发挥正常作用情况下的环境感知与船艇操控问题，操作人员无需关注各个不同的传感器，平行***运行仿真数据为无人艇远程操作提供培训。

控制***功能如下：1)无线通讯功能，本船采用短波、超短波及卫星通信(后续加装)等多种通信方式作为超视距远程通信手段，能够对各通信链路工作状态实时监控，实现通信网络的自主切换，保证船体与测控地面站通信的稳定与畅通。2)数据采集、显示功能，采集无人艇的航行数据(包括经纬度、航速、航向、姿态信息等)、操控数据(主机转速、正倒车状态、转舵喷嘴位置等)、各艇上设备及传感器信息等；各采集数据通过通信链路上传到测控地面站实时显示、记录。3)遥控驾驶功能处理器在接收到测控地面站发送的远程遥控指令后，通过控制输入输出模块将控制信号输出至喷水推进装置，完成遥控指令命令；遥控功能作为船体的基本功能，是为保证船体的航向正常以及突发状况的处理；在地域狭窄位置，使用遥控驾驶功能更能够保证船体安全性，船体将按照岸端服务中心所发送的指令，进行加速，减速以及方向的准确控制。4)自主航行功能，测控地面站发送设定航向后，船体能够按照指定的航向行驶，并保持设定航向，安全到达指定地点，能够抗击一定等级风浪。5)自主避障功能，将船载信息***实时采集数据进行融合处理，获得监测海域范围内的水上静态与动态目标(障碍物)信息，通过碰撞危险度判断与避碰决策(如保速保向、转向、调速、转向调速等)来自动控制主机与喷泵，从而实现本船得自主避碰功能。模块化无人艇的控制模式主要有遥控、自主两种模式，并具备避碰和紧急情况处理等功能。6)应急处理功能，应急处理主要是模块化无人艇在海上航行过程中出现通信中断、任务设备故障等重大问题时，通过预先输入的指令和程序来保证无人艇的安全，它包括恢复通信和控制启动自动回收***，或是自毁等；当主数据链路故障时，航控***应具备自动启用备份链路功能，保证指令的传输和数据的回传，当主数据链路和备份数据链路***同时失效时，航行控制***应自动转到应急安全模式，按照GPS等传感器的数据，将无人艇控制到预设定的水域待命；无人艇平台上提供一个控制接口，用于在发生故障、进行测试和突发事情的情况下，将测控地面站直接安装在无人艇上，与核心艇控***互联，在无需通过无线信号，可以直接控制无人艇；可在任务开始前后进行水面艇的状态监控和开车/停车等。

为了满足模块化无人艇导航及对近距离目标的侦察、探测等需要，艇上安装有高分辨对海监视雷达10、光电探测***、水声探测***、GIS、AIS、GPS和北斗模块，根据任务载荷控制需求设计对应的控制模块，根据遥控指令实现对应任务载荷的操控。基础任务载荷结合了高分辨对海监视雷达探测距离远、不受气象条件影响和光电探测***分辨率高、直观等优势，满足了全天候条件下模块化无人艇对海上目标的精确探测需要，同时水声探测***能有效满足水下近距探测需要，GIS、AIS、GPS和北斗模块满足无人艇的定位、导航和地形匹配等功能，为自主航行和遂行任务提供可靠信息。任务载荷包括基本任务载荷和专用任务模块，基本任务载荷包括综合探测***、北斗定位***和惯导导航***，综合探测***包括高分辨对海探测雷达10、光电探测***、水声探测***和视频监控***，满足无人艇航行及遂行任务的基本探测及信息集成，有效遂行巡逻护卫、海上执法、搜救和边防。专用任务模块包括海上执法功能模块、水质监测功能模块，余留有接口，后续可根据需求开发专用任务载荷。

高分辨对海探测雷达分为上单元、下单元、信号处理机、同步控制器、接口控制单元、数据处理机、显控终端和电源适配模块，电源适配模块为整个高分辨对海探测雷达***提供电源，上单元包括天线、伺服***、收发机和同步控制器，高分辨对海探测雷达***采用双收发机设计，单一收发机故障不影响***性能，保证了***的高可靠工作，上单元置于安装平台的顶端，上单元输出的中频信号通过低损同轴电缆从收发机送至信号处理机，通信信号通过多芯电缆与接口控制单元连接，接口控制单元与数据处理机和显控终端之间通过高可靠光缆相连，雷达11与外部设备的通信和功能扩展等则通过多芯连接器与接口控制单元相连，数据处理机及显控终端基于嵌入式操作***搭建，采用高速总线与接口控制单元进行数据交互，配合大尺寸的液晶显控终端，完成数据处理和显控任务，信号处理机、接口控制单元安装在4U标准上架式机箱内，下单元、数据处理机和电源适配模块安装在室内。

信号经发射通道从天线向空间辐射，经远处目标反射后形成回波信号，并通过天线进入接收机，接收通道对回波信号进行滤波、放大、频率变换和中频调理等处理后将信号送至信号处理机，信号处理机完成AD转换、同步解调、频率分选、数字下变频以及脉冲压缩信号预处理工作；回波信号经信号处理机进行预处理操作后被送入数据处理机进行数据处理，包括抗干扰滤波、恒虚警检测、相干检测、动目标显示以及数据组帧等；数据处理的结果最终在显控终端显示，显示***对视频信号进行坐标转换、数据处理，最终结果通过高分辨率液晶显示器以彩色显示的方式进行显示；雷达***各功能部件在同步控制器的控制下按照严格的时序关系配合工作，共同完成目标探测；雷达***的控制通过显控终端实现；在显控终端中，相关参数通过操作界面便于调控。

高分辨对海探测雷达具备对海监视和导航功能，具备对海高分辨能力，具备良好的小目标探测能力，满足反海盗、巡逻警戒等多种特定任务需要；满足引导精确制导武器等特定任务需要。高分辨对海探测雷达采用多种先进技术，具备以下性能特点：(1)高精度、高辨率：高分辨对海监视雷达采用宽频带发射信号，距离分辨单元可达3米，大幅度提升对目标的探测精度和距离分辨能力；(2)小目标探测能力强：高分辨对海监视雷达对于海上小目标具有很强的探测能力，能够在复杂环境中可靠的探测小渔船、摩托艇等小型水上目标；(3)大动态范围：结合距离分段处理和高精度数字采样技术，高分辨对海监视雷达获得了优异的动态范围性能，同时探测强反射目标和弱反射目标，在探测大型目标的同时可避免小型目标回波信号的遮盖，***的瞬时劢态范围(即峰值副瓣比(PSLR)或峰值副瓣水平(PSLL)，表征可同时探测两个距离相近、回波功率强度差异轳大目标的能力)可达45dB以上，即可同时探测两个距离相近、回波功率相差45dB的目标。

高分辨对海监视雷达的主要技术和性能指标如下所示：工作频段：X波段；发射功率：20W；天线尺寸：1.8米；天线增益：>28dB；波束宽度：水平＜1.3°，俯仰＜20°；距离分辨力：优于3m；测角精度：优于0.2度；作用距离：20m～24nm；机械扫描速度：24rpm。

光电探测***配备高分辨红外探测器和电动三视场镜头，可同时兼顾快速搜索和侦察、识别需要；高性能的CCD配合高变焦的镜头，进一步增强了设备对目标的识别能力；球形外壳及全密封设计，使设备对各种恶劣环境具有极强的适应能力；激光测距机、激光照明器及双轴陀螺稳定平台可选配置，使设备满足特殊应用需求；设备架构兼顾，易于安装调试，操控维护简单，工作可靠稳定。红外热成像侦察、探测***技术指标：工作波段：3～5um；探测器阵列规模：320×256；视场角：窄视场：1°×0.8°；中视场：3°×2.4°；宽视场：9°×7.2°；转台范围：方位：-170°～+170°；俯仰：-20°～+60°。

水声探测***主要包括小型侧扫声纳，主要用于水下目标探测，保障航行安全及水下安全监测，技术参数如下：

计算机***配置：便携式笔记本电脑(标配)：Win7，15.6英寸宽屏，320GHD；R/W，DVD刻录机，4GB，RAM。

防溅式电脑(选配)：Win7，10.4英寸超高亮屏，64GHD；R/W，DVD刻录机，2GB，RAM；输入电源：12VDC，120/220VAC，60瓦；文件格式：XTF。

拖鱼：频率：100KHz/600KHz/1200KHz；航迹方向分辨率：25cm……4cm……2cm；波束(水平×垂直)角：1.5°×40°；传感器俯仰角度：水平向下20度；脉冲长度：0.1ms；输出功率：每通道1000W；最大扫描范围：100KHz时……600m(单侧)，600KHz时……75m(单侧)，1200KHz时……25m(单侧)；最大工作深度：150m；推荐航行速度(获最佳图像状态下)：1-3节。

尺寸/重量：声纳处理器：36×28×15cm，重3.6Kg；输入电源：12VDC，120/220VAC，50瓦；标准的笔记本电脑：长36cm，宽28cm，厚3.8cm，重3.2Kg；选配防溅式电脑：长36cm，宽28cm，厚15cm，重5.5Kg；电缆：长45～152m，重11-38Kg，直径0.95cm。

拖鱼：直径10cm，长122(单频)/135cm(双频)，重17kg(单频)/22Kg(双频)。

材料/颜色：声纳处理器：高耐冲击PVC面板/黑色；可选防水PC：高耐冲击PVC面板/黑色；拖鱼：高耐冲击PVC，环氧树脂及不锈钢/黄色；电缆：10芯凯夫拉增强电缆/黄色。

综合信息***包括无线通信***和总线综合信息***，综合信息***依托通用光纤总线及标准化接口等构建一个通用化、标准化的开放式构架，满足模块化设计需要。构建模块化无人艇综合信息***的主要目的是实现无人艇平台、艇控***、任务***信息的高度综合，简化无人艇平台设备电缆网络，提高任务载荷的标准化、模块化水平，从而大幅度提高无人艇任务执行能力，提高***可靠性，降低***成本，减少维护人员的数量和消耗的时间，方便任务用户的使用。

无线通信***采用北约军用标准的艇载数据终端(VDT)和地面数据终端(GDT)的模式，采用标准接口协议，全面支持互操作。

艇载数据终端主要用于实现无人艇与测控地面站之间的信息传输和交换，是实现无人艇遥控指挥的关键模块，支持实现无人艇互操作功能。艇载数据终端分为数据终端、无线通信设备和通信管理三部分，数据终端用于接收、存储和发送艇载信息及地面站信息，VDT设备的中央决策、控制单元及数据存储单元，常用高速信号处理集成电路及其***存储设备来实现；无线通信设备用于接收和发送数据终端信息，使用短波和超短波无线电通信，预留卫通接口，可实现一对多、多对一无线通信，是实现模块化无人艇互操作性的关键设备；通信管理用于管理无线通信设备，正常情况下用一个通信设备进行数据传输，在一个设备出现故障的时候可以使用另外一个设备工作，保证***工作的高可靠性。艇载数据终端通过光纤总线与航行设备和任务设备相连，采集全艇装备的运行工况信息以及各类传感器的信号，将有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息，通过图传和数传电台发送到测控地面站；接收来自测控地面站的航行控制命令和任务指挥命令，将相关指令通过总线发送给艇控***和任务载荷，实现无人艇航行控制和遂行各种任务。

地面数据终端包括数据处理终端、通信设备和通信管理***，通过数传、图传等无线通信链路与艇载数据终端进行信息传输和交换，通过总线与航行操控台和任务操控台两大操控台进行信息传输和交换，接收艇载数据终端融合处理的综合信息，根据信息类型分别发送给航行操控台和任务操控台，并接收航行操控台发送的航行控制指令和任务操控台发送的任务控制指令，对指令进行处理后通过无线链路发送给艇载数据终端，对无人艇航行和任务执行遥控指挥。考虑遥控艇航程远，为保证视距内和视距外的通信、操控等需要，无线通信***主要由短波、超短波数传及卫星通信组成；短波通信数据量较小，只能将艇上观测***测得的数据综合，对重要数据压缩后通过短波无线链路传到测控地面站；而超短波/卫星通信数据传输数据率相对较高，误码率低，传输可靠，可以实现视距内/视距外的较大数据量的实时传输；工作中根据通信距离选择合适的通信链路，同时各链路互为备份，以提高无人艇的工作可靠性。

1)短波无线数传设备技术指标：短波无线数据传输设备应符合军标关于跌落、粉尘、温度、冲击和振动的要求；具有用于电子对抗的跳频、数字化加密等军用功能。其主要具体指标如下：a、频率范围：发射1.6～30MHz，接收0.5～30MHz；b、数据率：1200～2400bps；c、射频输出功率：不小于100W。

2)超短波无线数传设备技术指标：超短波数据传输设备覆盖频率选择330MHz～512MHz、960MHz～1215MHz等波段，在视距范围内它的数据吞吐量大，通信性能可靠。其具体技术指标如下：a、工作频点:330MHz～512MHz、960MHz～1215MHz(可选)；b、数据率：19200～1Mbps；c、数据端口:RS-232、RJ－45。

3)卫星通信设备技术指标：卫星通信采用动中通卫星通信，天线采用弧形抛物面馈元和偏馈抛物柱形反射面复合天线。确保在视距外大范围数据吞吐量大，通信性能可靠。其具体技术指标如下：a、工作频率：接收：12.25-12.75GHz，发射：14.00-14.50GHz；b、天线增益：接收：≥34dB，发射：≥37dB；c、天线极化：线极化；d、波束覆盖范围：方位：360°连续，俯仰：25°～71°，极化：±95°；e、天线外形尺寸：(含天线罩)。

通信管理***是由于综合数据终端待发送数据量、优先级和短波、超短波通信设备带宽、工作状态等因素，对通信进行综合管理的***，实时掌握各种通信手段的工作状态和信道带宽，按任务等级对各种数据进行优先级配置，在宽带信道可用的情况下可以进行高速数据传输，当仅有窄带信号可用的情况下，优先收发无人艇航行姿态数据，任务数据插空发送。

艇上光纤总线***主要功能是将各个分***组成一个统一整体，实现各个分***之间软硬件资源和数据共享；艇上各分***均采用模块化设计，各功能模块间信息交互采用通用的光纤接口，遵循通用的标准接口协议(ICD)；这样艇上各分***对于光纤总线都是标准化的子模块，方便根据模块化无人艇任务需求改变或增减任务各模块的搭配组合形式，组合成巡逻、测绘等不同功能的模块化无人艇。艇上光纤总线采用基于反射内存的超高速光纤网络，它克服了以太网在实时应用中存在的数据传输速率不高、在网络负载较大时网上数据传输延迟较大且延迟具有不可预测等缺点；具有高速、主机负载轻、软硬件平台适应性好、传输纠错能力强、支持中断信号传输等特点，艇上光纤总线***采用双环设计，满足无人艇可靠性要求。

通用型光纤通信总线实现无人艇平台设备互联互通的信息传输通道，按照STANAG7085和STANAG 5500协议传输信息；标准接口将艇载设备与光纤总线相连的物理接口，按照规定的硬件和软件标准工作；遵照HTTP、STANAG 7085和STANAG 5500协议与总线和艇载设备进行信息传输和交换，将不同设备上传的信息转化为具有相同格式的信号消息，遵循数据链协议STANAG 7085将信息加载到通用型光纤通信总线上，将总线传来的信息和指令转化为载荷和设备自身支持的信息和协议，可不断加载外来地面站和无人艇信息，是实现无人艇平台互联互通互操作的关键模块。标准接口协议定义了一组无人艇航行与执行任务所需的通用信息集，综合信息***内信息传输执行通用信息集，任务载荷内部的数据内容可以由设备制造商自行定义，任务设备只要按照总体规定的ICD转化为标准格式信息向光纤总线中传输数据，光纤总线可直接将数据发送到指定的目的端设备，总体单位不用了解设备内部数据的详细内容，即保护了设备制造商的利益，又降低了总体单位的对接协调工作量。新增无人艇与测控地面站，在执行标准接口协议后，可加入模块化无人艇任务网络，实现一对多、多对一的互操作。接口控制文件(ICD)是标准化接口的重要组成部分。依托综合信息化设计实现信息交互总线化、接口及协议标准化，构建统一、通用、开放的***平台，方便不同设备的集成、升级、改造。

任务设备的数据内容可能是由用户自行定义，任务设备只要厂商按照规定的ICD格式向***总线中传输数据，***总线可直接将数据发送到指定的目的端设备，总体单位不用了解用户数据的详细内容，即保护了用户的利益，又降低了总体单位的对接协调工作量。

综合信息***中基于高速光纤的总线网络主要特点如下：实时性强，点对点延时为纳秒级；可靠性高，具备双环自愈能力；网络不占用CPU开销；支持热拔插功能，能够很方便的增加或者删除节点；具备自测试功能，方便维护；可根据特殊应用场合定制网络协议；支持通用接口技术需要。

综合信息***的主要技术指标为：1)传输速率：大于3.125Gbps；2)拓扑结构：双环；3)网络传输延迟：us级；4)节点数：最多可容纳256个节点；5)传输距离：300米(多模光纤)、10千米(单模光纤)；6)冗余容错：支持；7)软件透明：是；8)用户接口支持：RS232、RS422、RS485、LAN、CPCI、PCI、ISA、PCIe等；9)尺寸：180mm×160mm×100mm；10)重量：小于3KG；11)供电：28VDC 1.5A；12)环境要求：-25℃～65℃。

为了在研制综合信息***过程中，有效避免人力和物力的浪费，首先研制综合信息***模拟器，在地面条件下对各艇上设备进行联调；对模块化无人艇信息采集、处理、航行操控和任务执行过程进行计算机模拟试验，对关键技术的研制进行审核认定；在信息通路联调联试合格基础上进行上艇安装调试。

模块化无人艇的建造流程为：a.根据图纸建造艇体平台及其上层建筑；b.根据图纸确定ICD；c.根据图纸连接各***及总线；d.调试工作：1)数据通信接口调试；2)艇载中心控制器调试；3)艇载通讯网络接口调试；4)艇载常规设备控制接口调试；5)艇载任务载荷控制接口调试；6)地面站监控装备调试(固定式、移动式)；7)船岸通讯接口调试等；8)地面状态下***集成、联调；9)艇控***、任务载荷(或模拟器)在高可靠任务计算机的控制和综合信息***的信息集成下，完成艇控***的地面状态下集成及联调；10)控制***艇上集成及联调；11)完成整个控制***的水上集成及联调；e.试验试航:1)试验试航分为系泊试验和***动态试验两个阶段,系泊试验阶段工作包括：①近海拖带、系泊试验；②低速遥控航行试验；③低速自主航行试验；2)***动态试验***动态试验阶段工作主要包括：①基于电子海图既定航路规划的自主航行试验(工作船引导条件下)；②规划航路的自主航行试验(工作船保障条件下)；③恶劣海情下航行试验；④复杂航道自主航行试验；f.海上任务功能演示试验，演示自主执行区域巡逻任务功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化无人艇，其特征在于：包括无人艇平台，所述无人艇平台上设有控制***、任务载荷和综合信息***，各***通过光纤总线联系在一起；所述无人艇平台是模块化无人艇的主体，包括船体、轮机和电气***，所述轮机包括推进机械设备和发电机组，所述轮机和电气***安装在船体上，所述船体采用深V型船体，所述船体包括舷侧、甲板、船底和内底，舷侧、甲板、船底和内底为纵骨架结构，所述船体从头到尾依次设有水密舱、压载水舱、补给舱、机舱和喷泵舱；

所述控制***包括艇控***、测控地面站，所述艇控***由感知与融合子***和航行控制管理子***组成，所述任务载荷包括基本任务载荷和专用任务模块，所述综合信息***包括无线通信***和总线综合信息***。

2.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述船体上安装有配重，所述船体为全船封闭、高浮力自扶正和立体感式上下隔舱式结构；所述船体及甲板室材料采用全铝合金材料，所述船体骨材材料采用挤压成型铝合金型材；所述船体的两舷和船体首部设有D型橡胶护舷，所述机舱的艉甲板上开有机舱口；所述水密舱上方安装有减摇仪，所述补给舱内安装有油箱、发电机和声呐，所述喷泵舱内安装有喷泵，所述船体上方安装有雷达、光学球、避碰探测装置、卫通天线、短波天线和超短波天线。

3.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述测控地面站包括实物型远程驾控监测台和三维虚拟远程驾控平行***，分别满足无人艇航行操控相关工作和任务载荷操控相关工作，所述实物型远程驾控监测台包括航行操控台和任务操控台，所述测控地面站用于对模块化无人艇进行艇体及艇上任务设备进行遥控、遥测，实现岸基的远程驾控与监测功能，工作时无人艇既根据事先设定的航路自主航行或通过测控地面站遥控，所述测控地面站通过无线链路接收无人艇平台的位置、工作状态等实现对其远程遥控。

4.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述感知与融合子***包括信号接口模块和信息融合模块，所述信号接口模块完成船体自身状态信号及在航环境信号的感知，所述信息融合模块保障无人艇在自主航行时，在对自身状态及在航环境做到有效感知的前提下，对不同类型数据做融合处理，为后续的航行决策及控制执行部分提供简单并可靠的依据；所述信号接口模块包括船体自身状态信号和在航环境感知信号，所述船体自身状态信号包括发动机转速监控模块、喷泵角度监控模块、姿态感知模块和GPS信号模块；所述发动机转速监控模块实时监控无人艇发动机转速值参数，根据实际需求改变转速值以完成喷泵量；所述喷泵角度监控模块根据无人艇航向要求，实时监控喷泵角度，为后续喷泵角度调整提供依据；所述姿态感知模块实时记录无人艇航向信息和自身姿态信息；所述GPS信号模块利用船载高精度差分GPS***并结合电子海图对无人艇进行定位；所述在航环境感知信号包括视频监控模块、雷达监控模块、AIS模块和罗盘GIS、GPS和北斗模块，所述雷达监控模块用于对航海岸线及远距离目标进行感知，所述AIS模块能接收航道内其他船舶发送的AIS信号；所述罗盘GIS、GPS和北斗模块为利用船载罗盘、高精度差分GPS和北斗***并结合GIS信息对无人艇进行定位、导航，实现地形匹配功能；所述信息融合模块包括信号接口控制箱和信息融合处理主机，所述信号接口控制箱用于采集全艇装备的运行工况信息以及传感器信号，并将其转换为统一的信号协议；所述信息融合处理主机用于对传感信息进行融合处理后生成有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物信息。

5.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述航行控制管理子***包括数据处理模块接口、控制功能模块；所述数据处理模块接口的数据处理模块接收感知与融合处理子***输出的信息，以及测控地面站的遥控命令，根据任务载荷需求进行解析与组合后送对应控制功能模块作为输入信息；所述数据处理模块接口的命令转换发送模块将控制功能模块生成的航行操控指令转换为相关设备对应的驱动信号输出；所述控制功能模块包括航行信息显示模块、航向控制模块、航速控制模块、路径规划模块、自主避碰模块、光电***控制模块、一键启动模块和自动回港模块；所述航行信息显示模块接入便携式显示屏，实时显示无人艇各艇载设备运行状况、外部环境信息、船岸交互信息；所述航向控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，基于智能控制算法决策喷水推进斗位置，改变喷水角度，从而实现航向或艏向的精确控制；所述航速控制模块根据遥控指令或任务载荷需求，实现航速的精确控制；所述路径规划模块根据测控地面站下达的多点路径点集合，以及融合处理的综合信息，动态优化无人艇路径规划点集合，并决策优化的航向与航速自主控制指令，配合实现自主航行功能；所述自主避碰模块根据动静态障碍物与无人艇相对位置信息，基于安全避碰的目标，决策输出航向与航速自主控制指令，实现自主避碰功能；所述光电***控制模块根据测控地面站下达的光电跟踪***遥控命令，控制光电***设备运转，并将对应的视频跟踪图像/视频输出给无线通讯***接口；所述一键启动模块实现无人艇的一键启动/停止功能；所述自动回港模块实现无人艇按预设轨迹与方式自动回港的功能。

6.根据权利要求3所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述远程驾控监测台为实物型操控端，所述远程驾控监控台功能模块包括地图显示模块、数据显示模块、航向控制模块、航速控制模块、手动遥控控制模块、固定路径规划模块、任意路径规划模块、一键启动与自动回港模块、自主避碰功能和应急处理功能；所述地图显示模块用于电子地图的动态加载和操作，在地图中实时动态观测无人艇当前位置与轨迹信息；所述数据显示模块用于设计人机交互界面，实时动态显示无人艇感知与融合处理输出的综合信息，并保存至数据库；所述航向控制模块通过人机交互界面，输入航向角或者以图形控件方式，实现对航向远程控制；所述航速控制模块通过人机交互界面，输入航速值或者以图形控件方式，实现对航速远程控制；手动遥控控制模块通过人机交互界面以及遥控手柄/光电视频，遥控操作当前无人艇运行；所述固定路径规划模块用于事先设置固定的路线；所述任意路径规划模块通过地图上设置路径节点，构成任意路径点集；所述一键启动与自动回港模块通过人机交互界面实现一键启动无人艇和一键将无人艇自动回港；所述自主避碰功能基于电子地图，综合船载信息融合***输出的障碍物信息，通过碰撞危险度判断与避碰决策专家知识库，优化路径规划点集，实现全局自主避碰功能；所述应急处理功能是模块化无人艇在海上航行过程中出现通信中断、任务设备故障重大问题时，通过预先输入的指令和程序来保证无人艇的安全。

7.根据权利要求3所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述三维虚拟远程驾控平行***为利用三维仿真技术、信息融合技术重构的驾驶环境的平行***，利用无人艇回传的雷达、AIS、GPS、罗经、姿态仪信号，重构船艇航行的三维视图，并在该三维环境中，实现雷达、AIS信号的现实、叠加和融合，利用平面3D与虚拟现实两套方案，支持驾控人员沉浸该平行***，实现远程操作船艇，用于解决船艇在大雾、黑夜等能见度不良，视频传输无法发挥正常作用情况下的环境感知与船艇操控问题，操作人员无需关注各个不同的传感器，平行***运行仿真数据为无人艇远程操作提供培训。

8.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述基本任务载荷包括综合探测***、北斗定位***和惯导导航***，所述综合探测***包括高分辨对海探测雷达、光电探测***、水声探测***和视频监控***，满足无人艇航行及遂行任务的基本探测及信息集成；所述专用任务模块包括海上执法功能模块、水质监测功能模块；

所述高分辨对海探测雷达分为上单元、下单元、信号处理机、同步控制器、接口控制单元、数据处理机、显控终端和电源适配模块，所述电源适配模块为整个高分辨对海探测雷达***提供电源，所述上单元包括天线、伺服***、收发机和同步控制器，所述高分辨对海探测雷达***采用双收发机设计，所述上单元置于高分辨对海探测雷达安装平台的顶端，所述上单元输出的中频信号通过低损同轴电缆从收发机送至信号处理机，所述通信信号通过多芯电缆与接口控制单元连接，所述接口控制单元与数据处理机和显控终端之间通过高可靠光缆相连，所述雷达与外部设备的通信和功能扩展通过多芯连接器与接口控制单元相连，所述数据处理机及显控终端基于嵌入式操作***搭建，采用高速总线与接口控制单元进行数据交互，配合液晶显控终端，完成数据处理和显控任务，所述信号处理机、接口控制单元安装在4U标准上架式机箱内，下单元、数据处理机和电源适配模块安装在室内。

9.根据权利要求8所述的一种模块化无人艇，其特征在于：所述高分辨对海探测雷达的工作原理为：信号经发射通道从天线向空间辐射，经远处目标反射后形成回波信号，并通过天线进入接收机，接收通道对回波信号进行滤波、放大、频率变换和中频调理等处理后将信号送至信号处理机，信号处理机完成AD转换、同步解调、频率分选、数字下变频以及脉冲压缩信号预处理工作；回波信号经信号处理机进行预处理操作后被送入数据处理机进行数据处理，包括抗干扰滤波、恒虚警检测、相干检测、动目标显示以及数据组帧等；数据处理的结果最终在显控终端显示，显示***对视频信号进行坐标转换、数据处理，最终结果通过高分辨率液晶显示器以彩色显示的方式进行显示；雷达***各功能部件在同步控制器的控制下按照严格的时序关系配合工作，共同完成目标探测；雷达***的控制通过显控终端实现；在显控终端中，相关参数通过操作界面便于调控。

10.根据权利要求1所述的一种模块化无人艇，其特征在于：综合信息***包括无线通信***和总线综合信息***，无线通信***采用艇载数据终端和地面数据终端的模式；艇载数据终端用于实现无人艇与测控地面站之间的信息传输和交换，艇载数据终端分为数据终端、无线通信设备和通信管理三部分，数据终端用于接收、存储和发送艇载信息及地面站信息；无线通信设备用于接收和发送数据终端信息，使用短波和超短波无线电通信，预留卫通接口；通信管理用于管理无线通信设备；艇载数据终端通过光纤总线与航行设备和任务设备相连，采集全艇装备的运行工况信息以及传感器的信号，将有关无人艇的姿态、位置与设备运行工况，以及外部环境、动静态障碍物等信息，通过图传和数传电台发送到测控地面站；接收来自测控地面站的航行控制命令和任务指挥命令，将相关指令通过总线发送给艇控***和任务载荷，实现无人艇航行控制和遂行各种任务；地面数据终端包括数据处理终端、通信设备和通信管理***，通过数传、图传等无线通信链路与艇载数据终端进行信息传输和交换，通过总线与航行操控台和任务操控台两大操控台进行信息传输和交换，接收艇载数据终端融合处理的综合信息，根据信息类型分别发送给航行操控台和任务操控台，并接收航行操控台发送的航行控制指令和任务操控台发送的任务控制指令，对指令进行处理后通过无线链路发送给艇载数据终端，对无人艇航行和任务执行遥控指挥。