非致命性攻防蛙人的仿生鳐鱼

党智慧　焦德文　常慧珠　刘庆泉

摘  要：本文主要研究的内容包括仿生鳐鱼的基本原理、结构设计、监测、防御、传递信息、充电设备等一系列功能的实现和检验问题。其中，针对仿生鳐鱼的基本原理，重点研究了运动原理、供电原理和控制原理。利用DSP集成高速处理模块、无线充电接受模块、红外避障模块、水声通讯模块、激光攻击模块、自保自毁模块等开发模块共同构成了仿生鳐鱼的基本性能。

关键词：仿生鳐鱼;监测定位;激光武器;自保自毁

1 引言

仿生鳐鱼作为一种具有监测、防御、传递信息等功能的武器。主要针对棘手的蛙人，其采用了激光武器。既不致命又对敌人产生打击性干扰，从而维护了我国的领海权益。仿生鳐鱼用于军用武器，在仿生鳐鱼中加入非致命性武器，维护边境安全;在监测中融入红外热成像技术，使图像分辨率更高;在仿生鱼中加入水声通讯，使水下图像进行实时传输;在仿生武器中融入监测、防御、攻击等一体化功能。仿生鳐鱼应用领域十分广泛，它有着普通水下机器人无可比拟的优点。

2 运动与控制系统

运动系统原理：

根据现有技术设想保留电鳗原有生理结构，主体采用类电子肌肉的技术，同时在原眼睛结构的部分安装红外避障设备，保證仿生鳐鱼的前进、后退、转向等正常运动。

控制系统原理：

仿生鳐鱼的核心部分即主控芯片。本项目采用无线控制，将单片机置于仿生鳐鱼内部，利用遥控设备进行控制。由无线电发射台传输信号，由无线电接受装置接收信号，接受到信号以后，向各个子系统发出控制指令，即可按规定的指令执行。同时根据功能需求采用DSP集成高速处理模块、无线充电接受模块、GPS定位模块、红外避障模块、水声通讯模块、定向波攻击模块、自保自毁模块等开发模块。通过主控系统对子系统进行控制，可以基本实现所预想的监测、防御、攻击传递信息等功能，完成一系列监察防御任务。

3 监测系统

检测系统分为以下三个方面：仿生鳐鱼位置监测送—智能状态检测系统。

状态监测（图1所示）在功能上包括故障信号检测、故障识别、状态评价等环节，前二者也是故障诊断的主要内容。

在本课题研究中，要实现一个系统化的、完整的能在水下正常检测、防御、攻击的仿生鳐鱼系统，必不可少的就是能够在仿生鳐鱼自身工作的过程中能进行自我状态的智能检测。

4 攻防系统

攻击系统：

采用蓝绿光激光武器，激光武器命中精度高、照射速度快，其作用机理是当检测到水下目标时，利用图像识别技术定向对目标眼部发射高强度激光，照射距离可大于600m，可远距离对目标造成非致命性伤害。由于水下环境较为阴暗，人在没有防备的情况下，眼部受到高强度光照会产生眩目效果，由于激光的强烈加热效应，会造成视网膜损伤，使蛙人丧失作战能力，从而达到驱赶效果。

防御系统：

对于仿生鳐鱼的自身防御，首先鱼身采用潜艇耐压板，屈服强度通常为450QMPa和550MPa。板厚达22～28 mm。采用钢板L907A钢号可以减轻自身重量，且增加抗弹能力。也有制成双层或三层鱼体，当外层板受到破损时，内层功能尚在，不致沉殁而没有战斗力。

自毁系统：

测量判断、控制及执行三部分组成该项目的自毁装置。测量判断部分对自身故障进行检测;控制部分接收故障信号，并发出自毁指令;执行部分实施自毁。当控制系统发出引爆指令时，安全引爆器解除保险，电雷管与火焰雷管连通。自毁指令信号引爆电雷管，通过火焰雷管引爆传爆药，进而引爆聚能炸药。

5 通讯系统

该部分使用水声技术。将图像、文字等信息由电发送机转化为电信号，由编码器将模拟信号转换为数字信号，由换能器进行电信号到声信号的转换，声信号传入接收换能器进行声信号到电信号的转换，此时译码器接收电信号并译码，最后将信号转换所需要的图片、文字、声音等信息。

6 充电系统

仿生鳐鱼的工作环境可分为近海与远海。

近海：近海工作可由特定船只投放在指定地点进行区域工作，在仿生鳐鱼的背部边缘加上太阳能板，在需要充电且没有紧急任务的情况下，仿生鳐鱼会上浮至可以吸收太阳能的深度，利用阳光充电。

远海：由于远海绝大多数离海岸线较远，且深度较深，在海底安放充电桩这一措施较难实现，所以对于远海，采用一加一的模式，即一个主电源加一个备用电源。主电源使用质子交换膜燃料电池。

备用电池将采用类似于空中加油机的移动充电站。其外形是类似吸盘鱼的形状，没有动力系统的，平时吸附在仿生鳐鱼的腹部，因为吸盘鱼有吸附在其他鱼类身上的特性，所以不会引起敌方怀疑。当接收到为鳐鱼进行充电的指令时，会对仿生鳐鱼进行充电。其内置了自毁程序，必要时可遗弃，或作为攻击武器。

7 结束语

在未来的海洋战争中，无论是监测、防御还是攻击都将成为不可或缺的重要战略手段。仿生鳐鱼集多种功能于一身，又有成本低、隐蔽性高等特点。由此看来，仿生鳐鱼在未来海洋战争中必将大放异彩。

参考文献

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基金项目：大学生创新创业计划项目资助+201910144055

作者简介：党智慧（1999-），男，辽宁省建昌县要路沟乡，汉族，本科生。