OCDMA系统的水下航行器扩频通信编码方法研究

传统CDMA系统通信编码方式受到通信波段与波在数据量的制约,已经无法直接通过传统扩频方式过渡至OCDMA系统,因此针对此问题提出OCDMA系统的水下航行器扩频通信编码方法研究。首先通过光子晶体载波算法,对信号载波波束进行转换计算,提升通信波束的数据容载量;接着引入OCDMA频域扩容算法,对增容后的通信波束进行频段提升绑定,实现数据与波频的统一;最后通过仿真实验的方式,对比提出方法前后的信号载波量与信号强度,证明提出算法具有扩频能力强、稳定性好的特点。     

水下航行器执行机构故障诊断方法研究

针对水下航行器执行机构故障论断问题,建立了航行器推进器及舵等执行机构的偏差型故障模型和航行器水平面运动模型;设计了一种采用时变渐消因子实现的强跟踪滤波器算法,在线估计航行器状态及执行机构故障偏差,通过对残差进行分析,实现了对水下航行器执行机构的故障诊断。仿真试验验证了强跟踪滤波器在航行器执行机构故障诊断中的有效性。     

水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输方法

为在提升水下通信网络信号覆盖强度的基础上,抵御电磁波的干扰作用,实现航行器间通信信号的稳定传输,提出水下航行器通信网络信号的抗电磁干扰传输方法。利用位置误差系数计算结果,建立标准的误差角微分方程,根据通信网络信号的协同定位原理,总结极大似然估计条件,得到准确的干扰系数校正值结果,完成水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输。实验结果表明,应用所提方法后,航行器间通信信号的稳定传输不断增强,能够实现对水下航行通信环境的有效保障。     

基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真*

研究并建立高空滑翔水下航行器的虚拟现实的视景仿真系统,分析水下航行器全弹道控制并在视景仿真平台下实现水下航行器全弹道多状态攻击轨迹模型。高空滑翔水下航行器姿态变化快,背景参数复杂,视景仿真中会出现局部模型快速变化或者模型分离的难题。提出采用DOF和Switch节点相结合的方法,利用其Matlab Simulink仿真模型,计算高空滑翔水下航行器的六自由度数据,通过Matlab的“To Workspace”模块将六自由度数据输出并存档。在VC＋＋6．0环境下编写Vega应用程序,读取运动参数,应用LOD技术在不降低显示速度的同时提高仿真视觉效果。仿真实验和测试效果表明,系统实能实现水下航行器在空中滑翔、低空突防、滑翔翼脱离以及水下攻击等多状态的水下航行器运动弹道轨迹和视景仿真效果,以及运动控制参数的同步跟踪,不再会因局部模型快速变化和模型分离而失真。为分析空投滑翔水下航行器的运动轨迹提供了数据支撑和视景平台支持,对展开高空滑翔水下航行器的弹道控制研究和试验具有重要价值。     

无人水下航行器的智能航行控制

水下无人航行器是探索未知水域的重要设备,但是传统水下无人航行器的智能航行控制系统,受到水域信号传播限制,造成智能控制范围较小,为此设计无人水下航行器的智能航行控制系统。使用水域深度变换器对智能控制器进行重新设计,根据水域深度变化进行不同方式的控制切换,优化PID控制器,改变水域信号传输方式,根据需求进行多传输方式的切换;使用粒子群算法对智能控制方式进行规划,对不同水域控制方式进行最优选择,实现航行智能控制系统设计。试验结果表明,设计的控制系统能在水下2 000 m内进行有效控制,比传统控制系统多出800 m的有效范围,因此本文设计系统具备极高的有效性。     

一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法

水下航迹是水中运动物体的重要参数之一,通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现,该方法采用声学定位原理,可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息,对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。     

水下航行器水下障碍规避性能分析与仿真

水下航行器的障碍躲避是提高水下航行器生存能力的关键技术,针对信息融合跟踪算法避障容易误差偏差和局部收敛的问题,提出一种基于Kalman滤波量化融合规避的水下航行器水下避障算法。构建水下航行器的运动系统方程,采用方位信息的量化融合方法进行自适应路径规划,结合Kalman滤波进行障碍信息的干扰抑制,采用强跟踪滤波实现障碍参量信息量化融合规避,实现水下航行器水下障碍躲避。仿真结果表明,采用该方法进行水下航行器避障,能有效规避障碍目标,提高对障碍物的方位估计精度,有效规避的准确概率达到最优。     

基于MOOS-IvP的自主式水下航行器的机载软件系统容错设计

为提高自主水下航行器的可靠性,构建基于MOOS-IvP的自主水下航行器机载软件系统容错管理模块.该模块包括客户端状态监控和容错处理.在容错处理中,提出一种时间冗余和双进程冗余相结合的容错处理技术.通过在水池和海洋中对自主水下航行器改进后的软件系统进行测试,并用经典的软件可靠性增长模型定量对比分析了自主水下航行器改进前后软件系统平均无故障运行时间.试验结果表明,增加容错管理模块后的软件系统的可靠性明显提高.     

低速水下航行器惯性调节系统的建模仿真

水下航行器低速运动时舵效低,主要通过注、排水来改变质量等惯性参数实现一定范围内的运动姿态调节。为了分析低速水下航行器运动姿态惯性调节策略的可行性,模拟水下低速航行器与其惯性调节系统的耦合动力学特性,本文基于AMESim和Simulink建立了水下航行器的联合仿真模型,实现了水下航行器惯性调节系统的参数化快速建模和工况仿真。以某小型水下航行器为例,通过双环PID控制惯性调节系统,改变航行器的运动姿态,使其在受到海浪等干扰后快速恢复到初始深度,验证了系统的有效性。     

主动自导水下航行器的高分辨宽带信号检测技术

为了提高主动自导水下航行器对目标的识别能力,提出一种基于自小波变换的主动自导水下航行器的高分辨宽带信号检测技术,构建主动自导水下航行器的回波信号模型,在海水混响干扰下采用自相关匹配滤波器进行信号滤波处理,对滤波输出的宽带信号采用自小波变换进行时频分解,对水下航行器的回波探测信号作WVD-Hough变换,采用二维谱峰搜索方法实现高分辨的目标信号检测。仿真结果表明,采用该方法进行主动自导水下航行器的宽带信号检测的准确检测概率较高,抗旁瓣干扰能力较强,对打击目标的具有高分辨识别能力。     

自主水下航行器内部通信传输信号延时消除方法研究

自主水下航行器内部通信采用的传统信号传输算法,在日常航行器内部通信信号传输过程中,经常出现传输延迟过高的问题,因此针对问题提出自主水下航行器内部通信传输信号延时消除方法研究。通过对延迟问题产生原因进行分析,找到信号传输能量耗尽参数;根据参数与信号数据节点传输量间的关系,建立延迟节点消除关系函数;最后由关系函数引入粒子群延迟消除算法,实现延迟节点消除。通过仿真实验对提出方法进行测试,证明提出方法在延迟消除方面的有效性与稳定性。     

基于机器视觉的水下航行器自动控制系统

面对复杂的水下环境,采用传统系统无法获取精准图像,导致自动控制效果较差。为了避免该问题,提出基于机器视觉的水下航行器自动控制系统设计。依据水下航行器自动控制系统硬件结构,分别采用CAN总线和ethrnet总线挂载到不同设备接口,以此保证水下获取的信号能够正常传输到基站。选择GOPRO8运动摄像机拍摄的水下照片更清晰、更真实,使用一个ASIC芯片的协议转换器能够实现点对点的转化,选择MIX智能推进装置通过旋转叶片为水下航行器提供动力。使用者通过人机界面选择机器视觉的尺度参数,降低不同设备之间的耦合性,并设计控制系统的软件流程,由此完成系统设计。设置整机规格调试系统,由调试结果可知,该系统控制效果较好。     

深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法

针对传统CAN总线控制方法在欠驱动状态下,出现的控制指令响应速度慢、欠驱动状态下控制指令下达滞后等问题。提出深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,在传统CAN总线控制方法的基础上建立欠驱动信号指令识别单元与分布式控制指令识别传输单元,实现分布式控制的效果。通过对比实验证明:提出的深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,能够准确识别航行器的欠驱动状态,并通过分布式控制指令传输方式,完成对欠驱动状态下航行器的稳定、准确控制。     

多功能水声收发机的设计与实现

基于长基线水下航行器定位导航系统的工作原理,设计并实现了一套可独立完成水声询问信号发射、水声遥控指令编码及发射控制、应答信号接收及处理、时延估计及数据传输控制等多功能的水声收发机,论述了水声收发机中信号检测、时延估计等信号处理关键技术,介绍了软、硬件设计思想和实施方案,并给出了该套系统经过模拟器、湖试和海试的试验结果。试验结果表明,该系统性能可靠、功能完善,具有一定的工程应用价值。     

远距离海上航行舱内人员实时定位系统研究

传统系统采用PCA降维方法受到噪声影响,造成系统定位不准确,为了解决该问题,提出了基于Isomap算法的实时定位系统研究。根据实时定位系统总体结构,采用型号为CC2431芯片设计移动节点,路由节点可实时接收来自移动节点模块信息,进行灵敏度分析可完成信息传递。接收舱室内各个路由节点信息,通过协调模块验证信息有效性。针对协调模块获取高维数据,采用Isomap算法对数据进行降维处理,依据降维后的数据集,对远距离海上航行舱内人员进行实时定位。通过实验结果可知,该系统最高定位精准度可达到75%,为航行舱内人员安全提供保障。     

船舶航行数据的远程集成采集方式

通过对船舶航行数据的远程集成采集,实现对船舶航行的状态监测,提出基于浮点DSP集成控制的船舶航行数据的远程集成采集系统设计方法,构建船舶航行数据采集的总体结构模型,数据采集系统的功能模块组成包括VXI全局总线模块、采集触发模块、数据传输模块、数据波束形成模块等,采用浮点DSP作为核心控制器,进行船舶航行数据的多重通道采集和信号输出设计,在波束形成器中输出采集的集成船舶航行数据。仿真测试表明,设计的数据采集系统能有效实现船舶航行数据采集,数据波束输出的响应能力较强。     

基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法

水下航行器动力分析属于非线性问题,传统UT变换分析检测算法对于非线性问题的求解精度较低,因此设计一种基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法。首先建立坐标系,对水下航行器的工作过程进行受力分析,并对水下航行器的运动和受力参数进行描述;随后引入高斯滤波函数,经过状态初始化、时间更新、量测更新的步骤,完成水下航行器动力分析检测算法设计。为了验证设计的算法具有较高的求解精度,设计水下航行器的冲击实验,根据冲击后的最大变形和最大等效应力对算法的计算精度进行判断。实验结果表明,设计的算法最大变形和最大等效应力的值均优于传统算法,验证了设计的基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法具有更高的计算精度。     

一种水下航行器的SLAM算法应用研究

研究精确稀疏扩展信息滤波(ESEIF)的快速算法,提出一种三维水下航行器(AUV)的同时定位和地图创建(SLAM)算法。作者设计了一种大规模水下三维环境的SLAM解决方案,建立了三维环境的航行器运动、传感器观测及重定位系统模型,分析了方法实时性和定位精度。仿真实验证明:用ESIEF算法能高效地实现水下环境的SLAM,为项目研究提供了理论基础。     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线性适量运动算法,对水下航行器矢量推进下的运动进行数学模型建立分析;得到运动参数后,引入动力分组控制算法,根据计算得到的运动参数,对水下航行器进行深度分组控制模型的建立计算,从而得到准确的控制参量。最后,通过设计的仿真实验对上述分析结果进行准确性验证,证明提出方法的可行性。