跨域异构无人系统的网络化集群协同

海洋无人系统是国家海洋强国战略重点发展的关键技术之一，无人艇在恶劣、高强度作业水域面临一系列技术挑战。以深圳-中山跨海通道等大型海洋设施设施为例，风浪流涌干扰强，作业范围大，对无人艇-机集群协同种类、抗扰能力、覆盖广度、多源传感器融合识别精度要求极为严苛， 即：跨域协同高效应对突发、高精目标识别跟踪、超稳抗扰运动控制。高效、超稳、高精是无人艇集群技术制高点，一直是国际性难题，尚未形成系统的理论与技术解决方案。

研究内容

l 建立异构无人艇集群作业队形相变调控理论与技术。发明集群作业相变调控部件，国际率先攻克3类无人艇、2类无人机组成跨域异构集群协同难题，突破水面运动无人艇的无人机起降、艇-机编队快慢子协同等技术。将集群应对突发事件由渐变变革为突变式，无序分布到有序集结时间较国际领先的瑞典皇家理工降低34.7%，协同类型提高2倍。水面运动艇-机自主降落误差降低25%。达到“调控灵、应对快”。

l 发现了集群拓扑与级联式“雪崩”灾害的内在联系，阐明了耦合网络的级联故障发生机理，精准定位了集群耦合网络的崩溃临界点，揭示了结点度分布对系统鲁棒性的影响规律，提出了通过保护极少数点边提前阻断集群灾害的方法。实现故障的“点穴式”阻断。

l 发明多艇多源感知与高精识别跟踪技术。提出视觉、雷达等多体多源信息配准技术，发明防粼光、降噪、稳像目标识别跟踪部件，传感器达到5类，实现多源配准-深度融合-协同追踪的一体化技术突破。将探测模式从平面拓展为立体，检测遗落率小于0.8%，识别误差较国际领先牛津大学降低15%，保障“识得全、看得清”。

l 发明无人艇矢量推进抗扰超稳定控制技术。揭示航速、航向等强耦合机制，研制全电驱矢量喷推，开发具备失稳恢复能力预测控制器，将航迹跟踪误差降低12%。据此开发从1.2米到8米的十余个型号无人艇，覆盖内河湖、近海和远海作业需求，为集群作业奠定超稳驱动控制基础，保障“控得稳、走得直”。

成果奖励

l 张海涛等，网络化集群系统的动力学演化分析与调控，湖北省自然科学一等奖，2021

l 张海涛等，自主无人艇机集群跨域协同关键技术及应用，广东省技术发明一等奖，2021

l 王红卫（排5）等，重大工程管理理论、关键技术创新及其应用，教育部高等学校科学技术进步一等奖，2018