李正軍　王冕　阮程　萬靚

摘 要 目前，電子巡航系統(tǒng)已經開始應用于海事監(jiān)管，并取得了不錯的成效。但是由于電子巡航設備需要船上安裝相應的設備，對于大型船舶監(jiān)控效果較好，但是對于小型船舶則仍存在一定的監(jiān)控盲區(qū)。此外大部分電子巡航設備是岸基設備，監(jiān)測覆蓋范圍有限，靈活性較差，對于突發(fā)事件往往無法做到快速響應。因此，本項目擬通過設計無人機自動巡航系統(tǒng)來解決上述問題。

關鍵詞 無人機 電子穩(wěn)像 電子巡航

中圖分類號：V19；U697 文獻標識碼：A

0引言

隨著科技發(fā)展的日新月異，越來越多先進的技術被應用到海事監(jiān)管之中。電子巡航就是以地理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺，高度整合船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、氣象信息系統(tǒng)（WIS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、共享水位信息系統(tǒng)（WLS）等系統(tǒng)，并配套網(wǎng)上海事數(shù)據(jù)中心，充分發(fā)揮個系統(tǒng)功能而構建的統(tǒng)一的巡航監(jiān)控預警平臺。海事監(jiān)管機構利用電子巡航可實時監(jiān)控船舶航行、停泊和作業(yè)秩序，實現(xiàn)對船舶航跡跟蹤，安全預警、違法處置、信息服務等功能。電子巡航監(jiān)管模式自2011年在蕪湖和武漢區(qū)段試點運行以來，取得了很好的效果。該轄段船舶違法行為明顯減少，糾正船舶違章也更加方便迅速，僅在蕪湖段運行的第一個月就糾違近5千次。

1研究方向

本研究的主要目的是研發(fā)具有自主巡航能力的無人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)面向海事監(jiān)管，能根據(jù)海事電子巡航系統(tǒng)提供的信息，能自動對監(jiān)控水域進行巡航，并能通過機載的電子穩(wěn)像系統(tǒng)，提供清晰平穩(wěn)的機載圖像。無人機平臺方面，本項目選擇的是多旋翼無人機平臺。多旋翼無人機作為一種垂直起降的無人機，與固定翼相比能夠方便起降，易于布署，并能在目標物附近懸停。與無人直升機相比，具有維護簡單，飛行更平穩(wěn)，抗風能力強、載重大等特點。將多旋翼無人機巡航系統(tǒng)引入電子巡航系統(tǒng)，可以對重點水域進行實時空中監(jiān)控，對目標船舶進行跟蹤，對船舶事故進行快速空中電子取證。另外，多旋翼無人機本身成本較低，并且易于起降的特定，適合大量部署在港口附近，實現(xiàn)對監(jiān)管水域的全范圍覆蓋，提升電子巡航系統(tǒng)的快速響應能力。

2底層控制系統(tǒng)的設計

底層控制系統(tǒng)主要包含兩大系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)和通訊控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)主要由姿態(tài)感知控制系統(tǒng)，GPS導航系統(tǒng)組成。姿態(tài)感知系統(tǒng)的傳感器主要由加速度計、陀螺儀、地磁計、氣壓計等傳感器組成。其中加速度計、陀螺儀構成慣性導航系統(tǒng)，對飛行姿態(tài)進行測量。其他傳感器則用于測量飛機高度和航向等信息。姿態(tài)融合控制單元將傳感器信息進行數(shù)據(jù)融合濾波，從而得到較為精確地姿態(tài)，并根據(jù)姿態(tài)決定姿態(tài)控制輸出量的大小。GPS導航模塊則負責控制無人機飛行的航向和航線，根據(jù)飛機當前的GPS坐標信息和接收到的目標點坐標信息，確定飛機飛行方向和速度。飛行控制系統(tǒng)框圖如圖1。

通訊控制系統(tǒng)包含指令通訊系統(tǒng)、視頻處理傳輸系統(tǒng)、云臺控制模塊。指令傳輸模塊因為需要較高的實時性，因而采用900MHz無線數(shù)傳電臺。電臺接收機通過串口與飛行控制器聯(lián)系，將接收到的指令發(fā)送給飛控，并將飛控解析飛機姿態(tài)信息和地理位置信息回傳給地面站。由于考慮到數(shù)傳電臺可能會受到一定的干擾，增加一套GPRS無線模塊作為備份通訊模塊。GPRS雖然傳輸速度較慢，并且傳輸延時較大，但是覆蓋范圍較廣。當數(shù)傳電臺受到干擾無法正常工作時，GPRS模塊可暫時擔負起飛機與地面站的聯(lián)系，保證飛機不致于失去聯(lián)系。圖像處理傳輸系統(tǒng)包含視頻處理與數(shù)字圖傳模塊兩部分，視頻處理模塊使用專用數(shù)字信號處理芯片對采集的視頻進行電子增穩(wěn)處理，增穩(wěn)后的數(shù)字圖像通過圖像傳輸模塊傳送到地面站。云臺控制模塊負責攝像機角度控制，當飛機處于傾斜狀態(tài)時云臺能保持攝像機的水平穩(wěn)定，消除抖動，同時也可根據(jù)地面站控制指令，實時調整角度。

3總結

無人機技術本身雖然屬于新興技術，依托軍事應用，我國無人機技術已躋身于國際先進行列，國內研制的現(xiàn)已公布的50多型應用于軍事的無人機中的大部分偵查機大多能滿足海事動態(tài)監(jiān)管的需要，只是應用于軍事目的的無人機平臺大部分價格昂貴。近年來很多科研機構和相關的民營企業(yè)看到了無人機廣闊的發(fā)展應用前景，紛紛投入資金研制民用的無人機及其相關配套的產品。且技術日趨完善。四旋翼無人機作為無人機中的新成員，本身具有機械結構簡單，易于維護，飛行穩(wěn)定，抗風能力強等特點，非常適合與航拍和航道監(jiān)視等相關領域的工作。海事電子巡航本身經過實踐證明，能大幅提高海事管理水平，同時降低海事監(jiān)管成本，但是也存在一定的問題諸如監(jiān)管盲區(qū)、機動性較差等問題。將二者長處相結合，利用無人機的靈活機動的優(yōu)勢，與電子巡航現(xiàn)有的系統(tǒng)相結合，能夠擴大監(jiān)管范圍，進一步提升監(jiān)管效率。

參考文獻

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