浑水中船舶水下观察检测技术初探

文章主要开展了水下多波束成像观察检测技术研究,采用多波束声呐成像、声透镜声呐成像和局部清水成像方法,在浑水水域,对船舶目标进行了实船水下观察检测,从而构建了船舶浑水条件下水下观察检测体系。     

基于水下高速小目标末弹道测量的实孔径成像声呐波束形成研究

针对在没有水下弹道测量系统配合的水域利用实孔径成像声呐测量高速小目标末弹道应用背景,成像声呐需要低旁瓣波束形成,本文提出一种基于Dolph-Chebyshev加权的波束形成方法,给出该波束形成方法的阵列设计约束条件和权值计算方法,通过Matlab仿真实验定量分析几种常规波束形成方法的性能,证明该方法相对于其他常规圆阵波束形成方法的优势,以期供相关声呐波束形成设计参考。     

基于回波空间特性的潜艇目标识别研究

本文阐述了基于波束分裂的互谱法定向理论,给出了水下体目标的亮点模型.在此基础上,提出了一种利用体目标回波的空间方位分布信息识别水下目标的方法.通过对亮点模型目标回波的方位角和俯仰角进行估计,估算出目标的线性尺度,实现体目标的识别,最后通过计算机仿真给出了估计量的估计方差并进行了相应的分析.     

基于FPGA的自导宽频带精确波束形成器设计

针对水下鱼雷自导接收系统中宽带波束形成存在的问题,采用高精度分数延迟器设计实现了一种精确时延宽带数字波束形成器,理论分析了该波束形成器的原理、特点和优势;仿真验证了该波束形成器的有效性和优越性,并与传统方式进行仿真对比.在Virtex-7FPGA平台上的设计实现展示了该波束形成器的实现效率及实用性,利用System G...     

水下目标深度测量误差源分析

首先研究了在深海环境下,采用基于三阵元垂直线列阵的水声探测系统进行水下目标深度测量的基本原理.然后从随机误差和阵元配置偏差的角度,对水下目标深度测量的误差源进行了理论分析,并推导了相关公式.此外,对于相干多途水声信道干扰给水下目标深度测量精度的影响,也作了初步的理论分析.通过仿真实验,总结出各误差源对水下目标深度测量精度影响的规律,研究结果为进一步开展水下目标深度测量研究、提高测量精度奠定了基础.     

多脉冲宽带相关成像的分辨率研究

在多种成像方式的统一物理模型 - 旋转体成像模型基础上,研究了逆合成孔径声呐成像(ISAS)、宽带相关成像(WBC)的成像机理,分析了它们的距离和方位分辨率.从中引出一种多脉冲宽带相关成像研究思路,理论分析了多脉冲宽带相关成像的分辨率.分析结果表明,多脉冲宽带相关成像方法能解决逆合成孔径成像算法在水声应用中必然碰到的测距和测速之间矛盾的问题,并且方位向分辨率与宽带相关成像(WBC)方法相比大为提高.最后通过数字仿真将多脉冲宽带相关成像算法运用到对实际水下延展目标的成像中,初步验证了该方法的分辨能力.     

一种双锥阵稳健水下目标噪声测量方法

测量水下目标辐射噪声时,为保障测量结果的准确性,并缓解浅海波导界面反射对测量结果的影响,测试方法需具有恒定束宽波束输出以及较好的空间指向性。对采用双锥阵测量系统的辐射噪声测量方法进行研究,采用二阶锥规划方法对双锥阵波束输出进行设计,结合聚焦变换提出了水平和垂直双向恒定束宽的低旁瓣稳健波束形成方法,实现了浅海波导中对水下目标宽带辐射噪声的测量。在仿真的浅海波导环境中,接收信噪比为5 dB时,测量结果相比单阵元系统以及应用常规波束形成器的测试方法有显著提升。     

圆台阵近场目标三维空间被动定位性能研究

针对近场水下目标被动定位问题,提出圆台阵设计构想,推导了基阵接收数据模型和近场三维声聚焦波束形成方法,通过对切割球面上聚焦点的扫描,得到目标方位角和俯仰角,再通过对不同扫描球面上最大输出功率的比较实现目标距离估计。采用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成方法仿真分析了圆台阵阵型对水下目标三维空间被动定位性能的影响,结果表明,圆台阵越接近平面,测距性能越好,方位角分辨率越高,但是对于俯仰角较低的目标而言,圆台阵越接近圆柱状,俯仰角分辨率越高,因此,圆台阵设计时需要对俯仰角和距离估计需求综合考虑。     

面向港口水下工程的声呐检测方法适用性研究

快速、准确地获取水下构筑物信息是声呐检测的热点,在水运工程管理、港口工程质量保障和结构防灾减灾检测等领域具有重要应用价值.针对地理位置较深、检测目标尺寸较大的基槽开挖、基床整平等平面工程以及精度要求较高的沉箱码头直立式岸壁工程两种典型港口水下工程结构,选择波束原理相同的多波束测深系统与三维多波束扫描声呐系统进行检测,并...     

近场爆炸作用下水下目标结构毁伤特性

以某水下目标舱段为研究对象,采用数值仿真及理论分析方法对其在水下爆炸作用下的毁伤情况进行研究。对仿真方法的正确性进行验证,结合兵器特征选择合适的工况及测点进行仿真计算,对目标毁伤情况进行理论分析。结果表明:近场水下爆炸作用下2种方法所得毁伤情况比较吻合。     

基于OpenGL的深海开架式潜水器视景仿真设计

采用虚拟仿真技术,以正在研发的深海开架式潜水器的设计尺寸和数字海底理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,利用SolidWorks建模工具和VC++OpenGL图形开发库,实现了深海虚拟环境下的系统仿真。通过水下目标的建模实例,验证了仿真平台的正确性和可行性,该平台还可应用于深海综合调查研究、水下机器人操纵运动控制仿真等领域。     

水下爆炸对船底结构毁伤效应的数值仿真

水下爆炸是毁伤舰船等水中航行器的一条重要途径,但是水下爆炸对船舶毁伤效应的试验操作复杂,理论分析也难于进行,因此应用数值仿真手段研究水下爆炸对目标的毁伤效应具有实际意义。大中型船舶均采用双层船底结构,在给定的装药量的作用下双层船底结构的破坏程度就成为了一个关注的重要问题。采用非线性动力学分析软件AUTODYN-3D研究了薄板在水下非接触爆炸作用下的力学响应并与实验进行了对比,验证了计算的合理有效。对舰船典型的双层船底结构建模,进行了水下爆炸对双层船底结构毁伤效应的数值仿真研究,给出不同的船底结构在水下爆炸作用下的响应特点。     

水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟

根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.     

AUV水下回收过程中的操纵性仿真研究

在建立自主水下航行器(简称 AUV)六自由度运动模型的基础上,基于势流理论建立了潜艇运动扰动流场对 AUV 扰动力的计算模型,并对回转体 AUV 在回收时靠近潜艇过程中的操纵性进行了仿真,仿真结果显示,AUV 在靠近潜艇的过程中,潜艇扰动流场对 AUV 深度和侧向位移有较大的影响,而对姿态角的影响较小,因此,回转体 AUV 可以稳定地完成水下的回收运动。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

水中超高速射弹可压缩空泡流研究进展

综述了国内外水中超高速可压缩空泡流理论、数值和试验研究的进展。分析了基于势流理论的水中亚音速、跨音速及超音速空泡流的空泡形状及空化阻力计算方法。详述了水中超高速的水、蒸汽、空气多相混合可压缩流数值计算方法及需要解决的关键问题。介绍了水中亚音速、跨音速及超音速试验的研究方法、研究成果及研究趋势。     

基于γ界面捕捉模型的近场水下爆炸数值模拟

随着对水下爆炸现象研究的逐步深入,近场水下爆炸的数值模拟研究越来越受到重视。近场水下爆炸数值模拟当中的主要难点在于多相流运动以及界面捕捉方法的研究。文章提出一种较为稳定的近场水下爆炸数值模拟方法,其包含了五阶WENO重构以及HLLC近似黎曼求解器的格式,对于多相流界面的捕捉方法基于γ模型。文中的求解格式通过了一维激波管问题以及二维轴对称问题的验证,计算结果与理论解和实验结果吻合较好。在此基础上将该方法推广到近场水下爆炸过程中冲击波传播以及近水面爆炸现象的模拟,模拟结果较为满意。该文的研究方法能够为后续的近场水下爆炸过程中的空泡以及水射流的研究提供指导。     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.