基于UUV的水下目标非声探测技术研究综述

无人水下航行器(UUV)是一种无人驾驶,通过遥控或自动控制在水下航行的航行体,具有自主性、低风险性、隐蔽性、可部署性和环境适应性的特点,具有重要的军事价值。UUV以潜艇或水面舰为支援平台能够长时间在水下自主远程航行,并且可作为多种传感器的搭载平台,可应用于探扫雷、海洋监视侦察、潜艇探测、水下障碍物搜索定位以及通信导航等多个领域。随着以水下电场传感器、磁场传感器为代表的非声探测传感器技术和信息处理技术的发展,利用UUV平台搭载电磁传感器对水下目标进行探测、定位和识别已经受到国内外高度重视,具有广泛的应用前景。本文将首先对国内外典型UUV进行介绍,在此基础上阐述UUV水下电磁探测的基本原理,介绍UUV水下电磁探测的国内外发展趋势,最后对UUV水下电磁探测应用前景进行展望和分析。     

基于Petri网的UUV水下回收协调控制研究

水下无人潜器（UUV）水下回收是一个复杂的过程,它既有连续动态又有离散事件。针对UUV多变量、非线性、强耦合的特点,在其回收过程中针对不同的状态,提出一种基于Petri网的协调控制方法。采用混杂系统理论来分析动态过程和设定离散事件,并运用Petri网技术对回收过程的动作细节进行划分,通过实时测量和判断,分析和监控回收状态,以达到实时控制的目的。水池试验验证了Petri网技术对复杂过程描述分析方面的优越性,并成功解决了UUV回收过程运动中的逻辑协调问题。     

腹部作业型水下机器人控制系统研制

[目的]针对无人水下机器人(UUV)的回收任务要求,研制开发一台新式腹部作业型水下遥控机器人(ROV)。腹部作业型ROV不同于一般依赖机械手作业的传统ROV,其通过腹部作业机构完成与UUV的水下对接及回收。[方法]介绍腹部作业型ROV的系统组成及原理,提出一种以一体化工业加固计算机为水面监控单元,PC104嵌入式工业控制计算机为水下主控单元,各驱动板为驱动单元的控制系统架构。同时建立腹部作业型ROV的动力学模型,并设计水平面定向控制的H∞鲁棒控制器。[结果]单项试验、系统联调及水池试验表明,腹部作业型ROV控制系统具有良好的实时性和可靠性,能够满足UUV回收任务的要求。[结论]该架构和算法对于其他移动机器人、无人机、仿生机器人的控制系统开发均具有参考意义。     

无人水下航行器与操雷

对未来水下信息战中用途广泛的无人水下航行器(UUV)与操雷进行了比较,分析了操雷的动力系统、控制系统、自导系统、内测系统、线导系统、操雷系统及操雷仪表等,提出应用成熟的操雷技术研究开发UUV,以及把操雷改装为UUV的技术捷径。介绍了成本低廉的人控水下航行器(MUV),建议利用MUV来部分替代UUV的技术。     

基于对线控位策略的UUV回收运动控制研究

研究了水下坞舱回收UUV (Unmanned Underwater Vehicle) 过程中的运动控制问题,详细介绍了坞舱搭载回收UUV的原理,建立了UUV回收中的数学模型。提出了一种基于对线控位策略的回收方法,通过一个双参考点的定位控制来实现UUV的回收。设计了UUV回收的位置和姿态的灰色预测PID控制器,以减小UUV回收控制中的超调量和调整时间。仿真验证结果表明了对线控位策略对于坞舱回收UUV是可行的,所设计的灰色预测PID控制器可以实现UUV回收的精确控制。     

国外UUV系统在海洋调查中的应用

通过对国外用于海洋调查的水下无人航行器(UUV)的型号与外型参数、所装备的海洋环境测量设备以及功能应用的总结与分析,可看到国外水下无人航行器(UUV)在海洋调查领域的应用现状,并提出水下无人航行器的应用前景。     

UUV走航CTD探测的航迹规划及控制方法研究

介绍了一种航迹规划与控制方法,使得无人水下航行器(UUV)能够使用CTD测量仪完成水下探测任务。详细介绍了所研究的UUV硬件系统体系结构,同时完成UUV水平面和垂直面的航迹规划,使其在满足UUV设计要求及CTD测量特性约束条件下能够完成水下探测任务。为了实现UUV在三维空间里较好的跟踪所规划的航迹,应用自抗扰控制(ADRC)技术,分别设计了自抗扰航向控制器和纵倾控制器。所研究的航迹规划与控制方法在UUV半实物试验中得以验证。     

水下战场的变化

介绍了美国海军水下作战中心(NUWC)正在用Manta试验运载器(MTV)来论证及评估开发未来的水下无人运载器(UUV)。设想将整个UUV固定在潜艇的首部，可以放出执行侦察、通信甚至作战等诸多任务，又能回收固定在宿主船的外壳上。如水下无人通信运载器(UUCV)可用于水下声通信，水面无线电波联系等；其尺寸可以为53英寸／70磅至重型鱼雷。在文中一张构想图中，则在UUV上还有4个鱼雷发射管。图5。     

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。     

无人潜器光学引导回收技术的仿真研究

该文介绍了无人潜器UUV(UnmannedUnderwaterVehicle)光学引导回收技术方面最新的研究结果 ,提出了回收过程的光学引导系统的模型 ,给出了不同光源配置条件下的光学引导系统仿真结果及其精确性和可靠性。这些仿真结果也可以帮助建立一个光学引导和控制模式。     

水下战场UUV侦察与监视研究

UUV由于自身特点非常适合完成侦察与监视任务。论文介绍了水下战场UUV侦察与监视的意义,描述了UUV常见通信侦察传感器类型,对UUV可提供的情报类型进行了深入分析,提出了UUV情报、监视与侦察体系结构,阐述了从UUV侦察与监视到情报保障的工作过程,对实现水下战场的侦察与监视具有一定的参考作用。     

无人水下航行器控制系统CAN转换节点设计与测试

UUV模拟水下运动物体目标特性时,需增加部分重要特征量的模拟设备,以提高其模拟目标的准确性。文章采用CAN协议芯片SJA1000与单片机为主要硬件,利用C语言编制硬件驱动程序,设计并实现了RS485(232)-CAN转换节点,构建了节点测试平台,对设计实现的节点进行了测试验证,测试表明其满足UUV控制系统CAN要求,可对非CAN网络设备接入UUV控制系统CAN网络,增强UUV模拟水下运动物体特征的准确性提供有力支持。     

军用UUV的发展与应用前景展望

UUV作为一种独具特色的水下作战力量,正在成为一种新的作战平台,受到各国海军的关注。文章在详细论述了uUV发展现状及其使命任务的情况下,结合潜艇武器系统的特点就军用UUV的组成、布放与回收、作战使用模式以及需要解决的关键技术进行了详细的论述,并展望了其未来发展前景。     

无人水下航行器自航出管可行性浅析

通过鱼雷发射管进行布放回收是潜艇使用无人水下航行器（UUV）的最佳方式之一,而UUV自航出管是否具有可行性是首要问题。首先,根据潜艇发射自航鱼雷的技术要求来建立UUV自航运动方程和边界条件,并通过计算分析求得UUV自航出管所需满足的条件。随后,在鱼雷内弹道仿真研究的基础上,建立UUV在鱼雷发射管内运动的数学模型,并对其受力和速度进行实时仿真。最后,将仿真结果与UUV自航出管条件进行对比分析。结果表明：UUV自航出管的可行性与其重力浮力差、最低出管速度及出管时的潜艇航速相关。因此,可通过设定恰当的性能参数来实现UUV自航出管的可行性。     

北斗卫星导航系统在水下无人航行器中的应用方案研究

本文阐述北斗卫星导航系统在水下无人航行器的几种主要应用方案,根据北斗卫星导航系统的导航定位和短报文通信功能特点,将北斗在UUV的应用分为两大类:一类主要利用北斗导航提供导航定位服务,如组合导航、基于北斗的水下导航系统等;另一类主要利用北斗系统的短报文通信服务或兼具使用导航定位服务,如基于北斗卫星导航系统的UUV遥控系统等。本文为水下无人航行器的北斗卫星导航系统应用提供了发展思路。     

无人水下航行器自航出管可行性浅析

通过鱼雷发射管进行布放回收是潜艇使用无人水下航行器（uuv）的最佳方式之一,而UUV自航出管是否具有可行性是首要问题。首先,根据潜艇发射自航鱼雷的技术要求来建立UUV自航运动方程和边界条件,并通过计算分析求得UUV自航出管所需满足的条件。随后,在鱼雷内弹道仿真研究的基础上,建立UUV在鱼雷发射管内运动的数学模型,并对其受力和速度进行实时仿真。最后,将仿真结果与UUV自航出管条件进行对比分析。结果表明：UUV自航出管的可行性与其重力浮力差、最低出管速度及出管时的潜艇航速相关。因此,可通过设定恰当的性能参数来实现UUV自航出管的可行性。     

美海军潜艇首次成功回收UUV

美国海军新闻网2006年3月9日报道，美国快速攻击潜艇“斯克兰顿”号于今年1月成功地进行了导引和回收无人潜艇器系统的试验，受试的两部UUV是AN/BLQ-11“远程水雷侦察系统”的一部分。     

密闭环境燃料电池系统研究进展

本文总结分析了近年来国外水下无人潜航器（UUV）动力系统的类别与发展趋势和未来UUV用动力源的需求,探讨了固体氧化物燃料电池（SOFC）在UUV领域应用的可能性,并与锂离子电池和质子交换膜燃料电池（PEM）进行对比,分析其各自的优缺点。最后结合UUV的实际使用环境和运行工况,提出了一种UUV用SOFC动力系统的总体设计。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器（AUV）在水下自主回收和对接的问题,基于惯导（INS）、声学超短基线定位（USBL）、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法。[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度。分别以INS和USBL及光学探测信号作为子滤波器的输入信息,结合AUV水下回收对接过程中的5个阶段分别建立运动方程,最终得到适用于移动平台搭载的AUV水下对接引导系统的多源数据融合导航算法。[结果]仿真结果表明,所提方法具有可行性、系统鲁棒性和控制精度,[结论]可满足母艇水下回收作业对接的工程要求,以及作为AUV水下自主回收操作的技术参考。     

基于跨域基站UUV集群试验方法研究

本文针对水下无人系统集群协同探测与目标跟踪,提出基于水面水下跨域基站通信组网UUV集群湖上试验方案和思路。通过研制水下集群控制系统,以及UUV平台尝试加装鱼雷自导并解决加装后平台信息控制、跟踪弹道设计、低速下自导参数确定、跟踪与攻击策略等技术,实现了湖上UUV集群探测与攻击协同试验。湖上通信拉距试验、组网试验、探测与攻击协同试验表明,该方案能够满足至少三节点的集群探测与攻击试验目的,试验实施简单有效,采用的架构和方法亦可用于更多节点的UUV集群试验。