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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

我国作为海洋大国，海域辽阔、海岛众多、资源丰富。近年来，随着海洋开发力度的不断加大，用海需求日益增多，用海矛盾也日益突出，且领海争议和海洋侵权问题时有发生。另一方面，随着社会经济的快速发展，沿海大开发的不断推进，入海污染物排放加重，各类船舶来往频繁，海上交通事故时有发生，绿潮赤潮、海上溢油等海洋灾害及突发性事件问题日趋严重。另外，在沿海海洋滩涂和渔业等资源开发方面，存在开发方向单一、规模小、效率低、科技拉动不足等缺陷。因此急需探索全天候、高精度、智能化海洋监视监测手段，加强海洋综合监控管理能力，维护海洋生态平衡和资源合理开发利用，维护国家领海主权和海洋权益。

为了提升服务沿海开发和支撑海洋管理的能力，促进海洋高新技术广泛应用，国内外都进行了积极探索。目前常用的海洋监测手段主要有现场监视监测、远程视频监控、卫星遥感和载人航空遥感。但这些传统监视手段在实际应用中存在着一些不足，如现场监视监测野外工作量大，人力成本高，作业范围有限且效率低下；远程视频监控则存在拍摄范围较小且视频精度不高等问题；卫星遥感影像获取周期长，分辨率不高，易受天气影像，存在较大的局限性和延时；载人航空遥感可更好地满足高精度高分辨率监测需求，但是在飞行安全、航空交通管制、人员要求、气候条件、飞行路线和作业费用方面都存在很多限制。

鉴于现有监测方式的局限性，在海洋灾害监测技术和海洋观测技术上的创新显得尤为重要。无人机作为一种新型海洋监测手段，是对现有手段的重要补充，具备机动灵活、运行成本低、环境适应性强等特点，可以及时快速获取高分辨率影像和高精度定位数据，完成高污染、高强度和高风险海洋监测任务，可有效提升我国海洋综合监控能力。

2. 研究的基本内容

研发能够抗海洋强风、抗海雾海水腐蚀，并且具有应急保护功能的高性能海洋无人机观测平台、高精度机载海洋气象传感器及数据获取、处理系统，解决现有海洋气象监测方式机动性差、精度低、成本高等瓶颈问题，与卫星、船舶浮标构成星空地三维立体化观测方式。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本毕业设计拟研发的特种无人机系统包括飞行平台设计、载荷集成、功能开发等内容。飞行平台设计主要是设计符合气体动力学且能够满足载荷安置的机架以及选择合适的动力系统；载荷集成主要是为要搭载的仪器设备设计主控制板及数据传输装置；辅助功能开发主要是为飞行平台提供能够确保其安全、准确、高效测得数据的辅助装置。

要完成毕设任务，需要解决三方面的技术难点。首先是要研制出能够自主识别无人机是否坠水并自动调整姿态和失控保护这一套智能控制系统；其次是要将用于地面观测的超声波自动气象站和船舶浮标使用的海洋传感器改造成能够适应无人机工作环境及工作状态的对空标准机载自动气象站和机载海洋传感器；最后是数据要能够稳定、实时地传输到地面站软件并进行验证与深加工。

对于第一个技术难点，我们采用自主开发飞控模块来解决。飞控板通过相关传感器感测无人机的姿态信息，当飞控算法判断到无人机坠落入水中，可以依靠传感器信息选择适当时机调整飞行状态。如果坠落到水中，并检测到飞行器的姿态无误，在水波浪不大的情况下飞行器进行水上起飞并最终飞离水面，飞离水面后操作者可以选择继续执行任务或是一键返航。如果判断飞控姿态有误，飞控执行调整指令，对机身状态进行调整，直到无人机姿态正常。若设定时间内仍然无法进行校正，则判定为故障并启动最终的失控保护装置，发送救援信号，等待救援。

4. 参考文献

[1] 李征航,黄劲松. gps测量与数据处理[m]. 武汉大学出版社, 2010.

[2] 马潮. avr单片机嵌入式系统原理与应用实践[m].北京航空航天大学出版社, 2007.

[3] 李广亮.中国海岛经济发展模式及其实现途径研究[d].青岛: 中国海洋大, 2009.