非致命性攻防蛙人的仿生鰩魚(yú)

黨智慧　焦德文　常慧珠　劉慶泉

摘? 要：本文主要研究的內(nèi)容包括仿生鰩魚(yú)的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、防御、傳遞信息、充電設(shè)備等一系列功能的實(shí)現(xiàn)和檢驗(yàn)問(wèn)題。其中，針對(duì)仿生鰩魚(yú)的基本原理，重點(diǎn)研究了運(yùn)動(dòng)原理、供電原理和控制原理。利用DSP集成高速處理模塊、無(wú)線充電接受模塊、紅外避障模塊、水聲通訊模塊、激光攻擊模塊、自保自毀模塊等開(kāi)發(fā)模塊共同構(gòu)成了仿生鰩魚(yú)的基本性能。

關(guān)鍵詞：仿生鰩魚(yú);監(jiān)測(cè)定位;激光武器;自保自毀

1 引言

仿生鰩魚(yú)作為一種具有監(jiān)測(cè)、防御、傳遞信息等功能的武器。主要針對(duì)棘手的蛙人，其采用了激光武器。既不致命又對(duì)敵人產(chǎn)生打擊性干擾，從而維護(hù)了我國(guó)的領(lǐng)海權(quán)益。仿生鰩魚(yú)用于軍用武器，在仿生鰩魚(yú)中加入非致命性武器，維護(hù)邊境安全;在監(jiān)測(cè)中融入紅外熱成像技術(shù)，使圖像分辨率更高;在仿生魚(yú)中加入水聲通訊，使水下圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸;在仿生武器中融入監(jiān)測(cè)、防御、攻擊等一體化功能。仿生鰩魚(yú)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，它有著普通水下機(jī)器人無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2 運(yùn)動(dòng)與控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)原理：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)想保留電鰻原有生理結(jié)構(gòu)，主體采用類(lèi)電子肌肉的技術(shù)，同時(shí)在原眼睛結(jié)構(gòu)的部分安裝紅外避障設(shè)備，保證仿生鰩魚(yú)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等正常運(yùn)動(dòng)。

控制系統(tǒng)原理：

仿生鰩魚(yú)的核心部分即主控芯片。本項(xiàng)目采用無(wú)線控制，將單片機(jī)置于仿生鰩魚(yú)內(nèi)部，利用遙控設(shè)備進(jìn)行控制。由無(wú)線電發(fā)射臺(tái)傳輸信號(hào)，由無(wú)線電接受裝置接收信號(hào)，接受到信號(hào)以后，向各個(gè)子系統(tǒng)發(fā)出控制指令，即可按規(guī)定的指令執(zhí)行。同時(shí)根據(jù)功能需求采用DSP集成高速處理模塊、無(wú)線充電接受模塊、GPS定位模塊、紅外避障模塊、水聲通訊模塊、定向波攻擊模塊、自保自毀模塊等開(kāi)發(fā)模塊。通過(guò)主控系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以基本實(shí)現(xiàn)所預(yù)想的監(jiān)測(cè)、防御、攻擊傳遞信息等功能，完成一系列監(jiān)察防御任務(wù)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)分為以下三個(gè)方面：仿生鰩魚(yú)位置監(jiān)測(cè)送—智能狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)（圖1所示）在功能上包括故障信號(hào)檢測(cè)、故障識(shí)別、狀態(tài)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，前二者也是故障診斷的主要內(nèi)容。

在本課題研究中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)化的、完整的能在水下正常檢測(cè)、防御、攻擊的仿生鰩魚(yú)系統(tǒng)，必不可少的就是能夠在仿生鰩魚(yú)自身工作的過(guò)程中能進(jìn)行自我狀態(tài)的智能檢測(cè)。

4 攻防系統(tǒng)

攻擊系統(tǒng)：

采用藍(lán)綠光激光武器，激光武器命中精度高、照射速度快，其作用機(jī)理是當(dāng)檢測(cè)到水下目標(biāo)時(shí)，利用圖像識(shí)別技術(shù)定向?qū)δ繕?biāo)眼部發(fā)射高強(qiáng)度激光，照射距離可大于600m，可遠(yuǎn)距離對(duì)目標(biāo)造成非致命性傷害。由于水下環(huán)境較為陰暗，人在沒(méi)有防備的情況下，眼部受到高強(qiáng)度光照會(huì)產(chǎn)生眩目效果，由于激光的強(qiáng)烈加熱效應(yīng)，會(huì)造成視網(wǎng)膜損傷，使蛙人喪失作戰(zhàn)能力，從而達(dá)到驅(qū)趕效果。

防御系統(tǒng)：

對(duì)于仿生鰩魚(yú)的自身防御，首先魚(yú)身采用潛艇耐壓板，屈服強(qiáng)度通常為450QMPa和550MPa。板厚達(dá)22～28 mm。采用鋼板L907A鋼號(hào)可以減輕自身重量，且增加抗彈能力。也有制成雙層或三層魚(yú)體，當(dāng)外層板受到破損時(shí)，內(nèi)層功能尚在，不致沉歿而沒(méi)有戰(zhàn)斗力。

自毀系統(tǒng)：

測(cè)量判斷、控制及執(zhí)行三部分組成該項(xiàng)目的自毀裝置。測(cè)量判斷部分對(duì)自身故障進(jìn)行檢測(cè);控制部分接收故障信號(hào)，并發(fā)出自毀指令;執(zhí)行部分實(shí)施自毀。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出引爆指令時(shí)，安全引爆器解除保險(xiǎn)，電雷管與火焰雷管連通。自毀指令信號(hào)引爆電雷管，通過(guò)火焰雷管引爆傳爆藥，進(jìn)而引爆聚能炸藥。

5 通訊系統(tǒng)

該部分使用水聲技術(shù)。將圖像、文字等信息由電發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由編碼器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由換能器進(jìn)行電信號(hào)到聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換，聲信號(hào)傳入接收換能器進(jìn)行聲信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，此時(shí)譯碼器接收電信號(hào)并譯碼，最后將信號(hào)轉(zhuǎn)換所需要的圖片、文字、聲音等信息。

6 充電系統(tǒng)

仿生鰩魚(yú)的工作環(huán)境可分為近海與遠(yuǎn)海。

近海：近海工作可由特定船只投放在指定地點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域工作，在仿生鰩魚(yú)的背部邊緣加上太陽(yáng)能板，在需要充電且沒(méi)有緊急任務(wù)的情況下，仿生鰩魚(yú)會(huì)上浮至可以吸收太陽(yáng)能的深度，利用陽(yáng)光充電。

遠(yuǎn)海：由于遠(yuǎn)海絕大多數(shù)離海岸線較遠(yuǎn)，且深度較深，在海底安放充電樁這一措施較難實(shí)現(xiàn)，所以對(duì)于遠(yuǎn)海，采用一加一的模式，即一個(gè)主電源加一個(gè)備用電源。主電源使用質(zhì)子交換膜燃料電池。

備用電池將采用類(lèi)似于空中加油機(jī)的移動(dòng)充電站。其外形是類(lèi)似吸盤(pán)魚(yú)的形狀，沒(méi)有動(dòng)力系統(tǒng)的，平時(shí)吸附在仿生鰩魚(yú)的腹部，因?yàn)槲P(pán)魚(yú)有吸附在其他魚(yú)類(lèi)身上的特性，所以不會(huì)引起敵方懷疑。當(dāng)接收到為鰩魚(yú)進(jìn)行充電的指令時(shí)，會(huì)對(duì)仿生鰩魚(yú)進(jìn)行充電。其內(nèi)置了自毀程序，必要時(shí)可遺棄，或作為攻擊武器。

7 結(jié)束語(yǔ)

在未來(lái)的海洋戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)論是監(jiān)測(cè)、防御還是攻擊都將成為不可或缺的重要戰(zhàn)略手段。仿生鰩魚(yú)集多種功能于一身，又有成本低、隱蔽性高等特點(diǎn)。由此看來(lái)，仿生鰩魚(yú)在未來(lái)海洋戰(zhàn)爭(zhēng)中必將大放異彩。

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基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目資助+201910144055

作者簡(jiǎn)介：黨智慧（1999-），男，遼寧省建昌縣要路溝鄉(xiāng)，漢族，本科生。