基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。     

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1∶20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。     

水下偏振光导航技术

基于对海洋下行光场辐射率分布及其经海水散射所产生的水下光场偏振特性的分析,提出了1种利用水下散射光场光振动方向进行导航的方法.该方法通过测量水下运载器相对海面的深度、首向与左舷方向水下光场光振动方向和海水的光学属性来实现.与地球重力匹配导航和地磁匹配导航相比,由于不依赖高精度、高空间分辨率的地球物理场数据,因而易于实现...     

水面船舶运动姿态对声散射特性的影响北大核心CSCD

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

水下航行器被动声引信波形和空间特性分析

针对水下航行器被动声引信使用条件的特殊性,讨论了水下航行器被动声引信接收的目标辐射噪声波形特性和空间特性.计算了实测噪声数据的偏度、峰度、自相关函数和频谱,讨论了噪声的分布特性、时间相关性和频域特性.考虑换能器接收指向性和典型态势,建立了被动声引信目标辐射噪声的空间模型并进行仿真分析.计算和分析结果表明,水下航行器被动...     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

水下航行器排放冷却水温度分布特性研究

根据计算流体动力学理论建立了水下航行器排出冷却水形成热尾流的浮升规律的数学模型,采用有限体积法来离散求解三维湍流数学模型,对水下航行器排出热尾流的浮升特性进行了数值计算分析,得到了热尾流轨迹和热尾流温度场分布图像,将热尾流的试验结果与理论数值模拟结果进行比较,验证了模型的正确性。文中建立的水下航行器排放冷却水浮升模型可预测热尾流的温度分布特性和预先估计海面温度场分布状况,为红外探潜提供了理论依据。     

水下无人搜探系统装备使用模式分析

本文从搭载平台、使用水下无人航行器数量、水下无人航行器与母船相对距离、水下无人航行器搜索和探测目标的行动方式、使用人员对水下无人航行器干预程度等几个方面,并结合任务类型和性质,分析提出水下无人搜探系统装备使用模式。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

远距操作水下航行器的稳定性和操纵性预报

水下航行器的控制是一个复杂的工作领域，对现代航行器性能的要求对应用型控制工程师有很大压力。模拟与水下试验的结合可以产生很有效的设计环境，本文描述了低成本远距操作水下航行器（ＲＯＶ）的设计。该航行器将作为研究水下航行器控制策略的测试台，将自主式水下航行器的一种易于理解的模拟用于ＲＯＶ的模型，并提供了程序包对性能行为的预报图示结果。     

基于改进人工势场的避障路径规划策略研究

随着战争形势的无人化、多样化和跨域化发展,水下无人航行器作为各军事强国抢占水下作战域和海洋不对称作战优势的主要抓手,在未来战争中发挥着越来越重要的作用。由于海洋非结构化环境的复杂性,水下无人航行器在执行任务过程中,需能够在无人干预情况下进行系列操作和任务决策。本文针对水下无人航行器局部路径规划,提出基于速度矢量判断的改进人工势场法的避障航路规划策略,通过增加障碍物斥力场范围,强化目标点附近的引力场,优化障碍物斥力系数,并通过速度矢量判断旋转方向,使得水下无人航行器能够结合环境感知信息进行路径实时调整,最终能够达到安全快速避障。最后结合航行器流体动力与运动控制一体化仿真模型进行仿真分析,验证提出算法的有效性。     

基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划

针对水下自主航行器(AUV)在水下复杂环境下的路径规划问题,提出改进人工势场法的路径规划算法.在传统人工势场法的基础上,提出考虑避障半径的斥力场函数方法,进一步优化规划路径.通过设置子目标点法和距离比较法,有效解决二维和三维空间下的局部最小值点问题和目标不可达问题.通过仿真对比验证提出的基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划算法的有效性.     

大推力水下航行器运动偏移特性数学建模

水下航行器在维持深水域航行探测时需要大推力辅助,很容易产生运动偏移,为了提高水下航行器运动偏移特性数据分析的准确度,设计应用数学坐标建模思想,建立航行器偏移特性数学模型。引入地面坐标系和水下局部坐标系,建立整体坐标系概念,将航行器运行轨迹看做静态坐标变换过程,构建2项坐标转换方式,为了简化计算步骤,根据坐标系概念确定当前航行器水下流体微元,在浮力、环境力和重力引导下确定航行器运动方程表达式,依据运动方程表达式建立矢量控制模型,最终根据欧拉角关系速度矢量和偏转特性,解析控制模型,获取最终数据结果。实验数据表明,该分析模型法向阻力系数计算准确度提高了27%,切向阻力系数提高了22%,可以有效提高数据计算的准确度。     

欠驱动自主水下航行器航迹追踪控制

针对自主水下航行器控制需求建立了水下航行器在平面的运动学和动力学模型,具有内部耦合项和不确定性干扰的特征.在航行器驱动器数量少于自由度的情况下,提出了一种在二维平面内的航迹追踪控制器.控制器在预设路径输入的基础上,通过视线法确定航行器目标前向速度和转向角速度,然后通过反步法去逆向寻找确定合适的驱动器输入,使得航行器达到目标运动状态.该控制器在航迹进行有效追踪的基础上,针对航行器不同方向运动状态相互影响的情况进行处理,通过李雅普诺夫稳定性判据验证了控制系统的稳定.最终采用数值仿真对控制器有效性进行验证,并测试了控制器的良好性能.     

小型水下航行器舷侧阵流噪声抑制原理和仿真分析

在小型水下航行器上加装舷侧阵,可有效增大基阵孔径,提高探测能力.流噪声是小型水下航行器舷侧阵的主要背景噪声之一,其激励源为阵表面的湍流边界层起伏压力.抑制流噪声是提高小型水下航行器舷侧阵声接收性能的重要途径.本文通过小型水下航行器舷侧阵的波数域响应函数建模给出了流噪声计算方法.仿真分析结果表明,采用面元水听器和表面覆盖粘弹性层相结合,可滤除湍流边界层起伏压力的高波数成份,从而有效抑制小型水下航行器舷侧阵的流噪声.     

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。     

水下滑翔机路径规划研究综述及展望北大核心CSCD

水下滑翔机(UG)是一种新型的水下无人航行器,具有能耗低、效率高、续航力长、成本低、可重复使用等优点,能够满足长时序、大范围的海洋观测与探测需求。水下滑翔机作为一种观测探测平台,合理的路径规划是其执行海洋观测与探测任务的重要保障。首先,综述近年来有关水下滑翔机路径规划方法,将水下滑翔机路径规划算法的内容系统性地分为传统算法、智能优化算法和多算法融合3类,并结合实际应用场景对不同的路径规划算法性能进行比较;然后,对水下滑翔机路径规划过程中所涉及到的环境重构技术、环境感知技术、智能决策技术和水下定位技术等关键技术进行凝练与总结;最后,基于现有的发展趋势,对水下滑翔机路径规划未来的发展方向,如多算法共融规划、多机协同路径规划、融合时空和目的约束的多维空间路径规划和复杂非稳态环境下的精准路径规划等进行展望。     

转弯航行舰船开尔文尾迹散射特征研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究转弯航行状态下舰船产生的开尔文尾迹及其电磁散射特征,为舰船非线性尾迹检测和识别提供理论支撑。[方法]基于已有的开尔文尾迹建模方法和坐标变换,根据转弯航行方向,获得转弯航行舰船产生的开尔文尾迹。利用半确定性面元散射模型(SDFSM)对转弯航行舰船产生的弧形开尔文尾迹进行雷达电磁散射特性仿真分析,计算对比海背景下直线航行舰船开尔文尾迹和转弯航行舰船开尔文尾迹在不同船速及航行角度条件下的面元散射系数分布。[结果]转弯航行舰船开尔文尾迹各成分波在几何模型上存在与直行尾迹不同的几何特征,复合直行开尔文尾迹及转弯航行开尔文尾迹不同成分波在垂直接收-垂直发射(VV)极化条件下的面元散射系数分布图中不同区域表现出具有显著差异的散射特征。[结论]开尔文尾迹散射系数分布图的亮暗度和尾迹不同成分波的波矢量方向与雷达视向的相对关系密切相关。研究结果可为舰船信息感知和探测识别以及隐身等应用提供理论依据。     

水下航行器线谱振动噪声研究进展

水下航行器噪声的线谱分布特征是其被探测、识别的重要信息,直接决定其在复杂海洋环境中的生存力和战斗力。本文围绕水下航行器线谱振动噪声展开回顾总结,系统梳理水下航行器线谱振动噪声的形成机理、频谱特性以及噪声传递路径;研究水下航行器振动声辐射预报方法,频域上基于SEA,FEM预报稳态声场,时域上基于波动理论分析瞬态声场;从被动控制、主动控制、其他控制等角度,分析近年来国内外线谱振动噪声控制进展;给出了噪声智能识别监测系统、基于态势感知的噪声快速预报技术、噪声动态控制技术一体化的未来发展趋势。     

基于NAH的水下航行体噪声源定位仿真研究

准确地对鱼、水雷等水下航行体式武器装备进行噪声源定位是减振降噪的前提。本文利用近场声全息技术对水下双声源和多声源目标进行仿真研究,对比研究目标声源的理论声压与重构声压的分布,准确对声源中心位置进行定位。取得了很好的重建效果,可见将近场声全息技术应用于水下噪声源定位是可行的,可为降低水下航行体式装备噪声特性提供技术支撑。