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行业相关定义

无人船（USV）是一种表面无人、远程控制或自主的智能系统，具有体积小、速度快、成本低、无人员伤亡风险等优点。民用应用主要应用于海洋环境监测、海上搜救、渔政监督、海洋渔业养殖和捕捞等。军事领域的主要应用是港口巡逻、港口扫雷、反恐调查、消防保障等。

图表：无人船分类及主要用途

资料来源：智研瞻产业研究院整理

行业市场分析

中国也非常重视无人船等人工智能产业的发展。2021年，中国无人船产业市场规模达4.81亿元，同比增长21.12%。随着无人船技术的逐步成熟，将有越来越多的无人船投入运营，推动无人船市场不断增长。

统计数据显示，2018年中国无人船行业市场规模2.48亿元，2022年中国无人船行业市场规模5.09亿元。2018-2023年无人船市场规模如下：

图表：2018-2023年中国无人船行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院整理

行业关键技术

无人船是海洋技术发展的产物，旨在提高数据采集的准确性、准确性、广度和连续性，同时提高数据采集过程的安全性和降低成本。海洋技术分为两个大方向，一个是平台技术或载体技术，主要指载体的设计、开发和应用，另一个是传感器技术或载荷技术，主要是指仪器设备的设计和开发以及数据分析、存储和处理。从学科划分的角度来看，狭义的无人船属于海洋技术领域的平台技术。因此，无人船的核心技术与海洋技术领域的核心技术是一致的。本质上，它是一种基于应用程序开发和功能开发的系统设计，以任务目的、负载原理和操作环境特征为中心。关键技术主要包括以下几个方面：

1.专用平台设计技术

根据任务负载原理、应用要求和操作方法，对平台进行了专门设计，如噪声抑制、航行干扰降低、动态稳定性优化、电磁兼容性优化等。海洋调试中使用的常规仪器设备是声学、光学和电化学接触式传感器。由于无人船吃水浅、布局空间紧凑，各种仪器设备在航行过程中容易受到平台振动、自噪声、晃动、飞溅和气泡边界层以及电磁辐射和电力系统排放的影响，导致数据质量和运行效率下降。因此，在无人船的设计方面，有必要从系统效率的角度出发，围绕任务载荷原理和工作环境的要求，从线性和结构设计、载荷布置、动力系统选择、推进装置优化等方面对无人船进行具体的设计和处理，运动控制策略设计、电源系统设计等。

B.强扰动环境下的运动控制技术

针对船舶动态环境中行程、波浪和水流对水面车辆的影响，开发了欠驱动运动控制算法，实现了高精度线性导航、公海条件下的自导航、自定位等功能。传统的海洋调查通常通过路线探测或定点剖面观测的方式进行。无人驾驶船体体积小，推力有限，是一种典型的欠驱动船体。因此，它很容易受到海洋动力因素的干扰，如偏航距离过大、航向不稳定、失速和大晃动，导致甲板上出现波浪，甚至倾覆。因此，在无人船的运动控制方面，有必要设计基于定位和姿态数据的前馈控制进行运动补偿。通过无人船的实时位置、速度、航向、横摇和升沉数据，可以判断风、流的恒定扰动和波浪的周期性扰动的强度和方向，并可以组合无人船的惯性力、阻力和恢复力的运动模型。提前对推力矢量输出进行干扰，以确保无人船能够以相对较高的精度进行导航，或者无人船能够在高海况下通过船头方向和推力调整避免失速和大滚转。

3.通信技术

针对高动态、多径效应突出的复杂环境，开发鲁棒性强、稳定性好、低时延、高带宽的微波和水声通信技术。海上通信主要依靠微波(水面)和声波(水下)两种方式。对于高度有限、体积小、吃水浅、横摇俯仰、升沉幅度大的无人船，以及微波通信设备天线离水面高度小、震动幅度大的无人船，通信距离是首要考虑因素，容易受到水面多径效应的影响，导致信噪比下降。然而，由于带宽有限，水声通信通常只支持树下极其有限的数据链路。因此，在无人船通信技术方面，有必要根据海洋环境的特殊性设计通信系统，开发能够应对高动态、复杂水面环境的微波通信技术，以及更高带宽的水声通信技术，特别是同质和异构平台之间的多节点组网和跨媒体通信。还有许多困难需要解决。

图表：无人船行业关键技术

资料来源：智研瞻产业研究院整理

行业技术发展趋势展望

目前，大多数无人船采用基于载人船配置的常规设计，其运行模式和使用模式在很大程度上参考了常规海上调试船的建造惯例和模式。无人船系统的运行和稳定性在很大程度上取决于船体性能、通信能力和自主控制精度，无人船无法形成独立完整的运行能力。因此，目前无人船的应用是对传统技术手段的复制和补充。

未来，随着材料技术、传感器技术、智能控制技术和相关法律法规的发展，无人船将逐渐脱离传统船舶的设计思路，设计开发将从“以船舶为中心”向“以任务为导向”转变，无人船将从智能水面运载平台转变为执行特定任务的操作系统。对人工干预的依赖逐渐减少，控制端的命令驱动系统逐渐发展成为事件驱动的分布式系统，初步具备独立完整的操作能力，可以取代部分传统的调查手段和方法。同时，随着针对无人平台的特点开发出各种新的任务负载，无人船的操作能力将大大提高。更多基于无人船应用的系统解决方案正在涌现。

目前，两种发展方向是新的专用平台和多智能体异构集群协作能力的扩展。新的特殊平台突出了个人适应特定任务或极端环境的能力，例如具有多模式机动性的潜水无人船，以及i7 Engineering开发的SUBMARAN潜水无人船。该无人船具有灵活的刚性帆，可在水面上航行时调整迎角。它可以呆在水下，也可以在暴风雨环境中用电能航行。预计潜水无人船将在极端气象过程观测、水下监听等特定领域取得巨大发展。另一种发展方向是多智能体异构集群协作能力，它高度依赖于跨媒体通信能力和运动控制算法。尽管目前已有一些机构取得了突破性进展，如海洋无限号的USV和AUV跨域组网、云舟号的多舰协同等。但对于更广泛的海洋调试和防御应用，技术水平仍有待提高。

随着未来无人船相关领域的发展，其技术成熟度将逐步加深，应用范围将逐步扩大，特别是在深海和远海调查和工程领域。无人船将逐步取代部分常态化的观测、监测和保障技术，成为海洋调查和海洋工程的常规手段。同时，该系统具有完全独立、完备的作战能力，传统的海洋作业模式将发生翻天覆地的变化。

行业发展趋势

无人艇在军事上的应用已经并正在改变着海战的形式和模式，海上分布式作战、海上蜂群作战等新型作战理念的蓬勃发展，极大地拓展了军用无人艇的应用范围。

为满足日益广泛的军事应用需求，未来无人艇的发展趋势应集中在两大方面:

首先，在结构设计上，更加注重模块化和集中化，加快从研制到装备部队的全过程，同时有效节约成本;更加强调智能化，依靠先进的技术支持，实现自主决策和自主运行，无需人工控制;更多的重点放在耐力上，以确保无人艇能够在更长的时间和更远的距离上执行军事任务。

其次，在实际应用层面，应更加重视协作。通过共享信息网络，扩大任务范围，发展智能技术，确保小型、低成本和中大型无人船之间的“蜂群”效应。确保无人艇与无人机、无人车、卫星等无人系统或平台协同工作，共同为敌方侦察、立体封锁、重点区域防御等任务提供精确打击保障。

图表：无人船行业发展趋势

资料来源：智研瞻产业研究院整理

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