无人机巡航系统

李正军　王冕　阮程　万靓

摘 要 目前，电子巡航系统已经开始应用于海事监管，并取得了不错的成效。但是由于电子巡航设备需要船上安装相应的设备，对于大型船舶监控效果较好，但是对于小型船舶则仍存在一定的监控盲区。此外大部分电子巡航设备是岸基设备，监测覆盖范围有限，灵活性较差，对于突发事件往往无法做到快速响应。因此，本项目拟通过设计无人机自动巡航系统来解决上述问题。

关键词 无人机 电子稳像 电子巡航

中图分类号：V19；U697 文献标识码：A

0引言

随着科技发展的日新月异，越来越多先进的技术被应用到海事监管之中。电子巡航就是以地理信息系统（GIS）为平台，高度整合船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、全球定位系统（GPS）、气象信息系统（WIS）、闭路电视监控系统（CCTV）、共享水位信息系统（WLS）等系统，并配套网上海事数据中心，充分发挥个系统功能而构建的统一的巡航监控预警平台。海事监管机构利用电子巡航可实时监控船舶航行、停泊和作业秩序，实现对船舶航迹跟踪，安全预警、违法处置、信息服务等功能。电子巡航监管模式自2011年在芜湖和武汉区段试点运行以来，取得了很好的效果。该辖段船舶违法行为明显减少，纠正船舶违章也更加方便迅速，仅在芜湖段运行的第一个月就纠违近5千次。

1研究方向

本研究的主要目的是研发具有自主巡航能力的无人机系统。该系统面向海事监管，能根据海事电子巡航系统提供的信息，能自动对监控水域进行巡航，并能通过机载的电子稳像系统，提供清晰平稳的机载图像。无人机平台方面，本项目选择的是多旋翼无人机平台。多旋翼无人机作为一种垂直起降的无人机，与固定翼相比能够方便起降，易于布署，并能在目标物附近悬停。与无人直升机相比，具有维护简单，飞行更平稳，抗风能力强、载重大等特点。将多旋翼无人机巡航系统引入电子巡航系统，可以对重点水域进行实时空中监控，对目标船舶进行跟踪，对船舶事故进行快速空中电子取证。另外，多旋翼无人机本身成本较低，并且易于起降的特定，适合大量部署在港口附近，实现对监管水域的全范围覆盖，提升电子巡航系统的快速响应能力。

2底层控制系统的设计

底层控制系统主要包含两大系统，飞行控制系统和通讯控制系统。飞行控制系统主要由姿态感知控制系统，GPS导航系统组成。姿态感知系统的传感器主要由加速度计、陀螺仪、地磁计、气压计等传感器组成。其中加速度计、陀螺仪构成惯性导航系统，对飞行姿态进行测量。其他传感器则用于测量飞机高度和航向等信息。姿态融合控制单元将传感器信息进行数据融合滤波，从而得到较为精确地姿态，并根据姿态决定姿态控制输出量的大小。GPS导航模块则负责控制无人机飞行的航向和航线，根据飞机当前的GPS坐标信息和接收到的目标点坐标信息，确定飞机飞行方向和速度。飞行控制系统框图如图1。

通讯控制系统包含指令通讯系统、视频处理传输系统、云台控制模块。指令传输模块因为需要较高的实时性，因而采用900MHz无线数传电台。电台接收机通过串口与飞行控制器联系，将接收到的指令发送给飞控，并将飞控解析飞机姿态信息和地理位置信息回传给地面站。由于考虑到数传电台可能会受到一定的干扰，增加一套GPRS无线模块作为备份通讯模块。GPRS虽然传输速度较慢，并且传输延时较大，但是覆盖范围较广。当数传电台受到干扰无法正常工作时，GPRS模块可暂时担负起飞机与地面站的联系，保证飞机不致于失去联系。图像处理传输系统包含视频处理与数字图传模块两部分，视频处理模块使用专用数字信号处理芯片对采集的视频进行电子增稳处理，增稳后的数字图像通过图像传输模块传送到地面站。云台控制模块负责摄像机角度控制，当飞机处于倾斜状态时云台能保持摄像机的水平稳定，消除抖动，同时也可根据地面站控制指令，实时调整角度。

3总结

无人机技术本身虽然属于新兴技术，依托军事应用，我国无人机技术已跻身于国际先进行列，国内研制的现已公布的50多型应用于军事的无人机中的大部分侦查机大多能满足海事动态监管的需要，只是应用于军事目的的无人机平台大部分价格昂贵。近年来很多科研机构和相关的民营企业看到了无人机广阔的发展应用前景，纷纷投入资金研制民用的无人机及其相关配套的产品。且技术日趋完善。四旋翼无人机作为无人机中的新成员，本身具有机械结构简单，易于维护，飞行稳定，抗风能力强等特点，非常适合与航拍和航道监视等相关领域的工作。海事电子巡航本身经过实践证明，能大幅提高海事管理水平，同时降低海事监管成本，但是也存在一定的问题诸如监管盲区、机动性较差等问题。将二者长处相结合，利用无人机的灵活机动的优势，与电子巡航现有的系统相结合，能够扩大监管范围，进一步提升监管效率。

参考文献

[1] 程家友.谈电子巡航在长江海事的应用[J].中国海事，2012（09）.

[2] 张帆.长江电子巡航应用展望[J].中国海事，2013（13）.

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