水下无人航行器探潜能力建模与仿真分析

水下无人航行器(UUV)是一种发展迅速的新型作战力量,将推动未来战争形态由信息化战争向智能化战争转变,成为海军作战力量体系中的重要组成部分。依据被动声呐方程,对潜艇与UUV的探测能力建模估算,得出UUV在与潜艇的对抗过程中,除了不能先发现安静型潜艇外,对其余类型潜艇均可以先敌发现。同时,对UUV规避潜艇开展运动建模,设计正交实验,对不同探测距离、不同UUV航速、不同转向时间、不同初始距离、不同潜艇航速和不同航行夹角下UUV与潜艇间相对距离随时间的变化情况进行了仿真计算。     

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。     

多舰协同螺旋应召搜潜建模与仿真

基于舰载舰壳声呐搜潜原理及舰艇协同应召螺旋搜潜战术,建立了在潜艇初始位置已知、航向及航速未知的条件下,多舰利用舰壳声呐对潜艇目标搜索的数学模型,基于已建搜索模型及假定的潜艇运动模型,采用蒙特卡洛方法,仿真分析了相同条件、不同潜艇运动模型下,潜艇初始航向角、潜艇初始航向角选定后航向变化次数、航段搜索时间、航段最佳搜索时间等因素对搜潜概率的影响,并进行了分析比较。仿真结果表明,不同目标运动态势对搜索概率均具有较大影响,在对潜艇进行搜索时,只有根据对潜艇目标运动态势的感知程度合理选择搜索模式,才能提高搜索效率。     

多自主水下航行器区域搜索与协同围捕方法研究

针对多个自主水下航行器(AUVs)执行区域搜索和协同围捕入侵对象的任务案例,设计了多航行器混合分层式体系结构,提出了分区域随机搜索策略和基于势点的优化围捕策略。将蚁群算法和人工势场法相结合,实现了AUVs路径规划与避碰。基于AUV六自由度运动模型和PID控制器,通过仿真实验验证了算法的有效性。仿真结果表明,AUVs具有在障碍环境中执行区域搜索和对入侵对象协同围捕的作业能力,设计的方法可应用于自主水下航行器的围捕任务。     

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。     

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。     

吊放声纳扇形搜索效能建模与仿真

进行潜艇搜索,在获知潜艇可疑初始位置后,其具体的航速、航向通常未知。在先验信息不足的条件下采用何种搜索方式能发现目标,以及采用该种方式的搜索效率如何,都是需要深入研究的问题。文章以双机扇形搜索为例,对直升机搜索潜艇问题进行研究。建立了水下目标位置分布模型,并利用蒙特卡洛法对搜索概率进行仿真验证,为提高搜索效率提供了参考。     

UUV与潜艇协同作战模式及关键技术

潜艇的隐蔽性是其威慑力关键所在,这也导致其信息保障较为匮乏,对战场态势的掌控能力有限。结合潜艇的典型运用模式,阐述了水下行动面临的主要问题。基于潜艇和UUV的技战术特点和未来水下战场环境的复杂性,构建、研究UUV与潜艇协同的攻防体系和典型作战模式。最后,围绕潜艇指挥控制、水声通信、组网协同和UUV技术等方面,对相关技术进行了系统研究和论述。     

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

无人水下航行器(UUV)已成为当今世界各国海军争相研究的热点,而各类声呐装备是UUV完成使命任务的重要手段。本文对国内外UUV声呐装备的技术现状进行详细阐述,对一些典型声呐装备的功能、性能指标做较全面的说明,并重点针对UUV声呐装备的关键技术与未来发展趋势进行分析与展望,为我国发展UUV声呐装备提供有益的思路和参考。     

基于粒子滤波的声呐图像目标跟踪算法研究

声呐图像目标跟踪技术在水下UUV作战系统中具有重要意义,由于水声环境复杂,噪声干扰严重,导致声呐目标跟踪效果欠佳。本文针对UUV声呐成像特点,首先给出一种改进的Curvelet变换图像增强方法,可以有效降低声呐图像噪声并在一定程度上增强目标图像的边缘。并此基础上,提出一种基于粒子滤波的声呐目标跟踪算法以获得更为准确的目标跟踪效果。仿真结果表明,相较于传统声呐目标跟踪,该方法具有更好的目标跟踪精度以及鲁棒性。     

基于DoDAF和SysML的潜艇与UUV协同作战概念描述方法

随着UUV等水下无人装备及技术的不断发展,水下无人装备在作战领域逐渐深入,探索潜艇与UUV协同的作战概念对于牵引水下装备发展具有重要意义。基于DoDAF(Department of Defense Architecture Framework)框架和SysML语言（Unified Modeling Language）,建立潜艇与UUV协同作战概念描述方法,对潜艇与UUV协同反舰的作战概念进行了顶层、规范化的描述,可为潜艇与UUV协同作战概念研究提供参考。     

多UUV搜索海底声信标任务规划方法

[目的]为了提高特定海域内多水下无人航行器(UUV)执行海底声信标搜索任务时的搜索性能,需增加对目标的搜索概率。[方法]首先,给出各UUV所载被动声呐的搜索能力指标函数,采用蒙特卡罗方法模拟海底声信标的坐标位置,并在任务区域建立搜索能力函数,从而得到本次优化任务的优化目标;然后,根据UUV实际执行任务时的队形要求建立本次优化的约束条件,整合得到基于海底声信标搜索概率最大化的多UUV队形优化模型,并使多UUV按照此队形完成指定区域的声信标搜索工作;最后,采用遗传算法对优化模型进行参数优化,通过设定合理的目标函数以及改进传统的遗传算子使目标函数的值达到设定标准,随之取出相应的参数完成值的选择。[结果]将求解出的优化队形与传统优化队形进行对比发现,求解出的优化队形具有更高的发现海底信标的平均概率。[结论]该方法能够有效提升多UUV对海底声信标的搜索性能,并给出合理的队形优化方案。     

基于分层聚类拍卖的集群UUV多目标分配方法

针对水下UUV集群协作多目标任务分配问题,提出一种基于市场拍卖机制的分层聚类目标分配方法,研究异步/同步2种任务分配模式及模型。相对已有相关研究工作,该方法改进了任务分组的方式,任务分配机制能够较好地适应动态变化的条件。该方法分为3步:首先基于最小生成树距离的分层聚类对目标集分组为若干任务包,然后由UUV群根据各自的状态对各任务包计算执行代价并投标,最后拍卖方根据投标结果确定中标的UUV及所执行的任务包,同时根据UUV系统状态可动态调整任务分配。仿真结果表明,该方法能够较好地解决集群UUV任务分配问题。     

船舶尾流图像的数字化处理和特征描述技术

随着军事技术的不断进步,海上舰艇的监视和跟踪已成为关注的问题。传统的声呐监测技术主要是在水下或水面舰艇上安装声呐设备探测水下声波,采用声衰减技术,但是由于水下声呐设备对于信号的收集并不十分精确,因而难以进行监测。而水面上的船舶和水下的潜艇会在水面上产生水波,造成干扰。目前,各国使用激光、红外、卫星和其他技术进行水下搜索。本文对船舶尾部图像的数字处理技术进行详细分析,重点研究船舶尾部图像处理中的数字处理,并采用了相应的特征描述技术。     

近水面波浪对UUV航行的影响

低速UUV在水下航行一定的距离后需要上浮到近水面进行导航定位,而在近水面UUV受波浪的影响不能忽略,因此研究UUV在近水面悬停时受波浪的影响是有意义的.本文在建立UUV六自由度运动模型的基础上,基于规则波的波浪理论,建立了波浪力的计算模型.并仿真计算了UUV在近水面悬停时受海洋波浪力的影响.     

声呐员回声训练环境仿真技术研究

近年来,随着水下目标声特性测试技术及测试需求的提高,测得了大量的宝贵数据。如何建立完善的水下目标声特性数据库并充分利用这些数据,使之服务于水下战场成为当务之急。声呐员是舰船、潜艇上的＂千里眼＂、＂顺风耳＂,对海军作战具有很重要的作用。基于水下目标声散射特性数据库的声呐员训练环境仿真是以方便声呐员基地训练为目的,把水下目标声散射特性数据充分应用于声呐员的回声训练。仿真结果能够很好地模拟真实数据,为声呐员在基地训练提供服务。本文介绍了数据库设计以及基于此数据库的声呐员训练环境仿真。     

船首声呐平台声障板降噪性能数值仿真与试验研究

本文以船首声呐平台为研究对象,针对凹角型声障板的降噪性能展开了数值仿真与试验验证。基于统计能量法建立了船首声呐平台机械噪声局部仿真模型,通过对比仿真与试验结果表明,两者在数值和变化趋势上具有较好的一致性,验证了仿真模型的准确性以及开展凹角型声障板性能研究的可行性。对比凹角型声障板降噪性能仿真值与试验结果可知,设置凹角型声障板可有效降低船首声呐平台局部模型内的机械噪声,进一步将凹角型声障板应用于整船进行船首声呐平台内机械噪声降噪效果分析,结果表明其仍旧具有较为良好的降噪性能。     

UUV自航发射方法探究

针对通过鱼雷发射管自航发射UUV,分析UUV自航出管的前提条件以及自航出管是否可行。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,探究典型口径鱼雷发射管适合自航发射的UUV。对无人水下航行器内弹道建模,分析自航发射时不同的补水方式对自航发射UUV的影响,从理论上对UUV自航出管的可行性进行论证。     

潜艇动力舱浮筏隔振参数对振动与声辐射的影响

降低动力机械引起的潜艇壳体振动以及水下声辐射一直是工程上的一个重要问题。本文利用ANSYS有限元软件，建立了潜艇动力舱的水下声振耦合模型。通过数值计算，分析了主动力浮筏隔振系统中的参数变化，如上下隔振器的刚度、筏体的质量比和刚度改变对动力舱内振动传递率以及水下辐射噪声的影响。本文建立的计算模型可进一步推广应用于因机械设备引起的整个潜艇水下耦合声振预报。     

基于iSIGHT的UUV优化设计平台

水下航行体(UUV)外形设计的优劣对UUV的最终性能有着举足轻重的影响。传统的设计方法是通过反复的选型-计算-修改来实现的,这种方法不但效率低下,而且由于选型范围有限,常导致得不到最优解。为解决这一问题,本文研究了UUV的参数化设计方法,并通过自编程序实现了在SolidWorks中的参数化建模。利用iSIGHT优化设计平台强大的过程集成能力和各种寻求最优参数的技术,实现了iSIGHT集成并驱动SolidWorks,Gridgen,CFX等软件并寻求最优参数的设计流程。并针对某UUV,以最小阻力为目标,利用NLPQL优化算法进行了优化设计。结果表明,本设计平台达到了实现UUV参数化设计并优化的目的,提高了设计效率。