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。     

水下航行器导航系统用MEMS振动陀螺误差及干扰因素研究

为了提升MEMS振动陀螺稳定控制的输出精度,提出水下航行器导航系统用MEMS振动陀螺误差及干扰因素研究方法。根据振动质量块C系坐标系、载体F系坐标系和惯性E系坐标系,构建水下航行器导航系统用MEMS振动陀螺动力学模型。分别在阶跃扰动下和静止状态下,对MEMS振动陀螺的数据实施Allan标准差分析,获取各随机误差项的对应误差系数。根据MEMS振动陀螺误差结果,分析其误差干扰因素。测试结果表明,设计方法能够对频率裂解和阻尼不均匀作用进行精确测量,有效提升MEMS振动陀螺稳定控制的输出精度。     

水下航行器运行系统的SysML模型设计

为在嵌入式水下航行器运行系统中,快速提取舰船通信关系维护所需的传输数据信息,增强通信信息传输稳定性,设计水下航行器运行系统的SysML模型。借鉴民机研制经验,以导航传感器作为核心应用设备,构建必要的导航数学模型,分析水下航行器运行系统的组成特性。定义船舶航行数据,通过构建语义映射关系,确定SysML理念相关的信息扩展能力,实现水下航行器运行系统SysML模型的顺利应用。实验结果表明,水下航行器运行系统SysML模型的舰船通信数据提取速率较快,能够有效增强通信信息传输稳定性。     

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。     

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。     

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。     

无线传感监控下水下航行器运行信息安全控制方法

受到水下电离层与电磁层的影响,传统无线传感监控反馈的水下航行器运行信息,会出现控制干扰量增加、控制执行效果减弱的问题。针对干扰源涌入的安全漏洞,提出无线传感监控下水下航行器运行信息安全控制方法。建立无线传感监控网络的拓扑模型;引入QPD网络干扰源屏蔽策略;修正安全漏洞控制参量,从而实现对无线传感监控下水下航行器运行信息的安全控制。通过实际数据的仿真测试,证明提出设计方法具有提升安全控制能力的效果。     

强干扰下舰船通信网络信号传输质量检测方法

为解决舰船通信网络信号质量检测区间受限的问题,提出强干扰下的新型舰船通信网络信号传输质量检测方法。通过信号波形特征提取、干扰算子定义2个步骤,完成强干扰下舰船通信网络的信号识别。在此基础上,通过传输信号质量的抖动幅值定义、传输时间间隔误差计算、检测相位算子求解3个步骤,完成新型信号传输质量检测方法的搭建。对比实验结果表明,与传统检测方法相比,应用强干扰下舰船通信网络信号传输质量检测方法后,待检测信号质量算子的最大值超过9.50 Mb,最小值低于2.00 Mb,整个检测区间长度得到明显扩充。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

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。     

舰船用通信网络的入侵检测技术研究

舰船用通信网络容易受到敌方电磁场的入侵干扰,导致通信受阻,通过入侵检测,提高舰船用通信网络的抗毁性。提出一种基于自适应线谱增强和滤波技术的舰船用通信网络的入侵检测技术。采用多源波束形成方法进行舰船用通信网络传输信号采集,对采集的通信信号进行自适应线谱增强处理,提高网络通信信号的增益强度,对增强的网络通信信号进行抗干扰滤波设计,采用梯度算法对滤波输出的舰船用通信网络传输信号进行自适应迭代,准确检测出信号中的入侵成分。仿真结果表明,采用该检测技术进行舰船用通信网络的入侵检测的准确检测概率较高,抗电磁干扰能力较强。     

水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现

为了提高水下航行器的蔽障性能,进行组合导航蔽障控制器优化设计。针对水下航行器导航中容易出现横滚误差的问题,提出一种基于横滚小扰动误差补偿的组合导航蔽障控制算法,构建水下航行器组合导航蔽障控制对象模型,进行控制约束参量分析,设计组合导航蔽障的运动方程和控制目标函数,采用小扰动误差补偿方法进行横滚误差抑制,提高控制精度,在纵向运动的弹道模型下实现控制器的优化设计。仿真结果表明,采用该控制方法进行水下航行器组合导航蔽障控制的误差较小,收敛性和鲁棒性较好,性能优越。     

基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制

基于LQG/LTR方法对水下航行器进行多变量鲁棒控制设计,解决在模型不确定及受到随机干扰情况下水下航行器的控制设计问题,使得水下航行器控制系统具有良好的鲁棒性和动态品质.对水下航行器非线性动力学模型进行仿真实验,仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划研究

目前提出的水下目标追踪航行器轨迹规划方法,抗干扰能力差,导致规划结果实时性较差。为解决该问题,提出海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划方法。确定水下航行器轨迹控制理论,构建控制模型。设置定位矩阵,分析定位精度,同时研究位置、纵向速度、旋转角速度以及横向速度,并设置实时规划方案。实验结果表明,给出的海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划方法能够有效提高抗干扰能力,增强规划结果的实时性。     

多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接技术

水下航行器远距离信号对接容易受到速度、噪声等影响,导致信号自动化对接准确性较低,为此提出多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接技术。对对接信号衰减程度估计及时变网络的输出进行多普勒谱分析,确定对接最佳频段,并将多种群竞争机制引入免疫算法进行对接,实现多方向水下无人航行器远距离信号自动化对接。实验结果表明,此次研究的对接技术误比特率低,并且在不同距离下对接信号图谱与实际图谱相差都较小,证明此次研究的远距离信号自动化对接技术对接准确性较高。     

嵌入式无人水下航行器的信号跟踪系统设计

传统水下航行器水下信号分布不规则,容易造成传统信号跟踪系统对航行器信号接收的强度较差。为此设计了嵌入式无人水下航行器的信号跟踪系统。通过建立航行器信号处理模块,对无线接收的水下信号,进行数字高频化处理和高强度串口输出;通过对载波信号频域值域的精密计算,实现载波伪随机码和载波的粗同步。利用Costas锁相环和锁频环建立载波相位频率跟踪模块,接收经过算法处理的高精度定位信号,实现信号捕获并进入跟踪状态。实验证明,设计的信号跟踪系统接收到的航行器跟踪定位信号强度比传统跟踪系统信号强度更高。     

基于无线传感网络的航道水下数据监测系统

航道水下数据采集和传输受到水下通信信道的多径干扰,导致数据监测的稳定性不好,提出一种基于无线传感器网络的航道水下数据监测系统设计方法。采用水下换能器基阵构建无线传感器网络,进行航道水下声纹数据、船舶辐射噪声数据以及海洋混响数据采集,采用局部总线技术进行监测数据的远程传输控制,采用TMS320C50 DSP芯片作为航道水下数据监测系统的核心处理芯片,进行航道水下数据的集成信息处理,监测系统的硬件设计分为无线传感器模块、数据滤波模块、中央控制模块以及总线模块,采用无线传感器网络进行数据监测系统的网络设计,实现水下航道数据流的多路复用、数据帧检测和上位机通信传输。测试结果表明,设计的数据监测系统能实现航道水下数据的准确采集和传输控制,数据稳定输出性能较好。     

水下航行器感应磁场计算方法研究

长期以来,人们主要通过物理模型实验来获取水下航行器的感应磁场。这种方法费用高,周期长,不易实现。文章采用电磁场积分方程法计算了水下航行器的感应磁场分布,其结果与实测数据比较,误差精度较高,满足工程要求,具有实际应用参考价值。     

无人水下航行器控制系统CAN总线通信设计与仿真研究

由于水下环境的复杂性及无人水下航行器自身特点,对其实施实时高效控制需处理大量数据。文章采用CAN总线对UUV控制系统通信网络进行设计和分析,讨论了CAN总线网络数据帧在系统中的具体应用设计和传输参数设置,并使用CANoe仿真软件对所设计的UUV控制系统CAN网络进行了仿真,通过仿真验证了UUV控制系统CAN网络通信设计的正确性。该方法应用于UUV控制系统通信网络设计,将有效提高UUV系统控制性能和特征模拟性能。