浅海中时谐水平电偶极子定位研究

浅海中时谐水平电偶极子定位技术是利用舰船轴频电场信号对舰船进行定位的理论基础.文章提出了一种基于遗传算法的时谐水平电偶极子的位置寻优方法.只需在海水中布置一个电场传感器,测得相应位置的X、Y、Z方向电场强度模值.在合适的坐标系下,结合浅海中时谐水平电偶极子的电场传播公式和遗传优化算法建立位置计算模型,就能精确地确定该偶极子在海水中的位置.给出了仿真计算,结果表明该定位方法具有较高的定位精度和可行性.     

粒子群优化算法对三轴磁强计非正交度的修正

为避免船舶轨迹偏离行为的出现,实现对船体行进路径的合理化控制,提出基于粒子群优化算法的三轴磁强计非正交度修正模型。借助粒子群参数控制原理,建立必要的动态种群策略,实现基于粒子群算法的舰船轨迹优化处理。在此基础上,分别计算零偏误差数值与垂直度误差数值,在确定模型参数化处理结果的同时,完成舰船三轴磁强计非正交度修正模型的建立。对比实验结果表明,与常规船体行进控制方案相比,新型修正模型可确保BST指标的数值水平始终低于2.95,有效避免船舶轨迹偏离行为的出现,满足合理化控制船体行进路径的实际应用需求。     

粒子群算法的最小阻力船型优化研究

阻力是船舶最重要的性能之一,阻力最小是构建船型的首先目标,当前最小阻力船型优化方法存在阻力大等缺陷,为了得到最小阻力的船型,设计基于粒子群算法的最小阻力船型优化方法。首先对当前最小阻力船型优化研究现状进行分析,并建立了最小阻力船型优化的数学模型,然后采用粒子群算法对最小阻力船型优化的数学模型进行求解,找到最小阻力船型优化方案,最后通过与其它方法进行最小阻力船型优化仿真测试,结果表明,相对其它最小阻力船型优化方法,粒子群算法可以更快找到最小阻力船型优化方案,最优船型的阻力大幅度下降,可以应用于实际的最优船型设计中。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1 ～7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号.目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布.本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析.结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导.     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1~7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号。目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布。本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析。结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导。     

基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划

路径规划是无人船自主导航的核心问题。由于无人船当前位置以及目标位置的确定受到障碍物影响,最佳航行路径的获取难度较大。为此,提出基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划方法。采用栅格法构建无人船工作环境模型,由上至下、由左至右的对栅格完成编号处理,划分安全区域与障碍物区域。构建无人船航行路径自主规划数学模型,设定地形与威胁、航程上限以及路径平滑度等约束条件。针对蚁群算法初始搜索效率差等问题,将其与粒子群算法相结合,提出混合蚁群算法。利用该算法求解无人船航行路径自主规划数学模型。实验结果显示,研究方法具有较高的路径规划准确性,路径长度、平均能耗及路径规划时间指标均较优。     

基于粒子群算法的水下多元线阵阵形有源校正方法

针对存在阵元位置误差的水下多元线阵,提出一种基于粒子群优化算法的远场有源阵形校正方法。该方法选用2个辅助源分时工作方式,利用无条件最大似然方位估计算法构建目标函数,并通过粒子群算法对阵元位置进行寻优。利用该方法对均匀线阵进行性能仿真实验。结果表明:该方法稳健性好、校正精度高,具有一定的应用前景。     

基于粒子群算法的水下多元线阵阵形有源校正方法

针对存在阵元位置误差的水下多元线阵,提出一种基于粒子群优化算法的远场有源阵形校正方法.该方法选用2个辅助源分时工作方式,利用无条件最大似然方位估计算法构建目标函数,并通过粒子群算法对阵元位置进行寻优.利用该方法对均匀线阵进行性能仿真实验.结果表明:该方法稳健性好、校正精度高,具有一定的应用前景.     

基于全参数化建模的多用途船型线优化设计

为提高多用途船的航行性能与营运经济性,在满足布置要求基础上,通过全参数化建模及多种优化算法,针对多用途船船艉、船艏以及全船进行船型优化。采用高精度黏性求解器完成阻力计算,通过对比分析不同优化船型实尺度下的船舶航行阻力及伴流目标函数,完成多用途船的型线优化设计。优化得到的船型较初版型线其剩余阻力减小24. 51%,伴流目标函数减小8. 6%。     

基于线性兴波阻力理论的三体船中体船型优化

提出将线性兴波阻力帐篷函数法推广应用于三体船的方法。推导出确定侧体构型下的三体船线性兴波阻力帐篷函数法表达式及其中体船型优化的二次规划法计算模型。按该方法对数学三体船和工程应用三体船算例进行兴波阻力计算,将计算结果与模型试验结果进行对比验证,结果表明该方法计算三体船兴波阻力具有足够的精度。采用基于此兴波阻力表达式的中体船型优化二次规划法计算模型,对上述工程应用三体船中体船型进行了兴波阻力减阻优化计算,结果表明中体船型优化获得的兴波阻力减阻效果约达10%。     

群智能优化算法的船舶信息管理任务批量流水调度研究

针对传统的船舶信息管理任务调度模型的调度平均等待时间长的问题,研究群智能优化算法的船舶信息管理任务批量流水调度模型。根据群智能优化算法理论,将调度过程中的船舶看作粒子,根据实际调度需求设定调度模型的参数。为缩短船舶调度平均等待时间,规划船舶调度的目标函数以及约束条件。计算粒子适应度,将粒子与任务分配一一映射,根据船舶可信度计算得到局部粒子最优解,更新粒子位置直至出现最优调度解,完成船舶信息管理任务批量流水调度模型的构建。通过与传统调度模型的对比仿真实验,验证构建的基于群智能优化算法的船舶调度模型能够缩短传统调度模型2/3的平均调度等待时间,提高了调度效率。     

免疫粒子群算法在夜航船舶避碰规划中的应用

受夜晚环境的影响,传统的船舶在航行过程中存在碰撞事故多发的问题,为此应用免疫粒子群算法对夜航船舶避碰规划方法进行优化设计。首先利用航行船舶上的AIS设备确定夜航船舶运动参数,并结合障碍船的位置划分夜航船舶会遇态势。设置夜航船舶安全会遇距离并计算夜航船舶碰撞危险概率。应用免疫粒子群算法更新船舶速度和位置,当两船之间的碰撞危险度达到危险区间,确定避碰时机以及幅度,进行夜航船舶避碰规划。实验结果表明,应用免疫粒子群算法,能够有效地降低碰撞事故发生率。     

基于粒子群优化粒子滤波的声呐目标检测前跟踪

针对传统固定粒子数粒子滤波算法计算量大、复杂环境下声呐微弱目标检测与跟踪鲁棒性不强的问题，提出基于粒子群优化（PSO）算法的粒子滤波检测前跟踪方法（IPSO-PF-TBD）。该算法在滤波预测与步骤更新之间加入PSO算法，结合预测信息和更新完成的粒子分布状态进行优化，将粒子集合转移到后验概率密度较大的区域，并充分利用声呐回波信号中目标粒子的权重信息设置粒子自适应采样策略，通过检测前跟踪（TBD）技术的数据帧间能量累积和目标检测，提高目标检测前跟踪的性能。仿真试验结果表明，提出的检测前跟踪处理方法对低信噪比及快速机动等复杂环境下的目标进行跟踪时，在位置估计精度和误差值方面明显优于粒子滤波（PF）和PSO-PF算法，具有一定研究和应用价值。     

最小方差约束粒子群优化的圆弧板曲率检测

为提高船体舭部圆弧板的数据拟合精度、工程测量效率和准确性,在采集三维位置数据的基础上,对数据进行多项式曲面拟合,使用基于最小方差约束的粒子群算法对拟合轴线进行优化.在仅对数据进行多项式曲面拟合后,数据模拟对比发现数据点误差多集中于10％,最大误差可达30％,无法满足实际工程使用.采用基于最小方差约束的粒子群算法对圆弧轴...     

基于最小化振速重构误差的等效源分布优化方法研究

针对波叠加法计算声场存在的预报精度受等效源分布位置及计算频率影响的问题,研究了使用预报的声压逆向求解结构边界法向振速时存在振速重构误差的问题,推导了声压预报误差与振速重构误差之间的解析关系,研究发现减小振速重构误差能够降低声场预报误差.为提高波叠加法的声场计算精度,提出了一种基于最小化振速重构误差优化确定等效源位置分布的方法,并设计了一种频率阈值准则来确定一定数量等效源所适用的计算频率范围.通过数值仿真和试验对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效降低声场预报误差,可用于实际声场计算.     

基于多目标混沌云粒子群算法的泊位-岸桥分配研究

为了提高集装箱港口泊位-岸桥分配效果和优化效率,以集卡运距和船舶在港时间最小为优化目标,建立了多目标离散泊位-岸桥分配模型,利用混沌云粒子群算法对泊位-岸桥分配模型进行求解,开发了粒子可行-整数化处理模块,内嵌于混沌云粒子群算法进化中,制定了粒子编码规则,设计了多目标函数的粒子历史极值和全局极值的计算方法,提出了基于混沌云粒子群优化算法求解多目标离散泊位-岸桥分配模型的新方法,数值算例结果证明了该模型和算法的可行性和实用性。     

基于CFD数值模拟和模型试验的三体船片体位置优化

论文采用低精度CFD数值计算和高精度模型试验相结合的方法，以总阻力为目标，对Fr=0.27速度工况下的某型三体船的片体位置进行优化。利用拖曳水池对不同片体位置的三体船进行模型试验，获得三体船在不同片体位置下的总阻力性能。使用自主开发的CFD黏流数值求解器naoe-FOAM-SJTU对一定范围内的其他片体位置进行水动力数值计算。根据模型试验和数值计算结果，使用自主开发的船型优化软件OPTShip-SJTU对三体船的片体位置进行优化。通过模型试验与数值方法相结合的方式构建Co-Kriging近似模型，并使所构建的模型融合模型试验的信息，以保证优化结果的可靠性。结果显示，沿船长方向不同的片体位置对三体船总阻力的影响有着明显的变化规律。     

基于多目标粒子群算法的船舶主尺度优化设计研究

粒子群优化是一种新兴的进化计算技术。文章基于多目标粒子群优化算法讨论了船舶主尺度论证中的多目标优化和决策问题。对于多目标优化问题,采用基于Pareto占优方法的多目标粒子群算法得到最优解,然后采用距离理想解最近的方法对这些Pareto最优解给出排序。应用文中给出的两个阶段求解方法,对散装货船概念设计阶段主尺度确定的问题进行了分析。结果表明,综合多目标粒子群优化和决策技术,能够迅速、客观地选择合理的船舶主尺度,可以给设计人员提供更多的选择。这种综合方法也能够广泛用于船舶其他设计领域。     

基于遗传算法的VLCC货油舱分舱优化

探讨以减小静水弯矩为目标的超大型油船分舱优化方法。建立以横舱壁位置为参变量的参数化分舱模型,编程实现典型工况配载计算;建立基于遗传算法的优化模型,实现在主尺度、船型和货油舱区域总长确定的情况下,以最小静水弯矩为优化目标的货油舱横舱壁位置优化。实际应用结果表明,该方法能快速高效地找到满足强制规范要求的静水弯矩最优的分舱方案。     

基于遗传算法的VLCC货油舱分舱优化

探讨以减小静水弯矩为目标的超大型油船分舱优化方法。建立以横舱壁位置为参变量的参数化分舱模型,编程实现典型工况配载计算;建立基于遗传算法的优化模型,实现在主尺度、船型和货油舱区域总长确定的情况下,以最小静水弯矩为优化目标的货油舱横舱壁位置优化。实际应用结果表明,该方法能快速高效地找到满足强制规范要求的静水弯矩最优的分舱方案。