水上无人系统主要包括无人艇和无人机，是未来执行水上救援、搜救和监测等水上任务的主要手段。本文综述了近年来国内外在水上无人系统方面的最新研究进展，包括企业界和学术界在无人艇和无人机方面的探索和实践，介绍了水上无人系统研究在环境感知、航迹规划、避障和同质/异质自主体编队协同和海上弱小目标识别方面的研究成果，分析讨论了不同方向的研究特点和面临的挑战。

张卫东, 刘笑成, 韩鹏. 水上无人系统研究进展及其面临的挑战. 自动化学报, 2020, 46(5): 847−857.

我国拥有广袤的海洋国土，以及众多的河流湖泊。目前水上救援、搜救和监测等任务主要是由有人水面船艇完成，面临着力量有限、费用高、效率低、保障难和有人员伤亡风险等难题，对费用低、效率高和无人员伤亡风险的水上无人系统有非常迫切的需求。

在水上无人系统中，无人机和无人艇既可单独使用，亦可编队使用。有关单独使用的理论和工程研究均较多，关于编队使用则主要集中在理论研究领域，并且集中在同类个体编队，亦称为同质多自主体编队。对无人机和无人艇这两类不同自主体编队的研究则很少见。

无人机和无人艇协同

无人机的优点是搜索范围大和通信距离远，局限在于续航时间短；无人艇的优点是续航时间长，但是搜索范围小和通信距离近。如果能结合二者的优点，构成空海立体协同系统，就可大大提升系统完成复杂任务的能力。

空海协同技术的应用前景非常广泛。概括地说，凡是在水上应用无人机的地方就可能用到该技术。美军对这一颠覆性方向高度重视，2017年美国海军水面舰艇协会年会公布了空海协同系统概念图，由一艘无人艇携带多架无人机在海上执行作战任务，表示美国海军未来将列装此类系统。

美国海军空海系统概念图

空海协同巡逻搜救系统的研究不仅涉及到“机”的控制，还涉及到“艇”的控制；不仅涉及到图像处理技术，还涉及到协同控制技术；不仅涉及到硬件设计，还涉及到算法开发，面对的是个涉及多方面技术的非常复杂的系统。目前该方向的研究还处在初始阶段，有待于更多研究人员加入，开展更加全面深入的研究。本文对该方向涉及的无人艇、无人机、空海协同和弱小目标检测的研究进展进行了回顾，分析了当前该领域面临的挑战，期望能为该领域的研究提供最新的参考资料。

无人机水上着艇

作者简介

张卫东

上海交通大学自动化系教授, 国家杰出青年科学基金获得者,德国洪堡学者, 上海市优秀学科带头人, 现任上海高校船舶自动化工程研究中心主任. 曾荣获 IEEE CCTA 最佳论文奖和 IET CTA 优秀论文奖.研究方向为海洋机器人和工业控制.本文通信作者.

E-mail：wdzhang@sjtu.edu.cn

刘笑成

上海交通大学自动化系博士研究生. 2016 年获得上海交通大学硕士学位. 主要研究方向为船舶动力定位系统, 轨迹跟踪与避碰.

E-mail：liuxc@sjtu.edu.cn

韩 鹏

上海交通大学自动化系博士研究生. 2019 年获得四川大学学士学位. 主要研究方向为无人机、无人艇协同控制.

E-mail：han_ipac@sjtu.edu.cn