水下航行器多普勒导航系统误差辨识与修正

水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)在水下往往采用航位推算定位方式.由于存在传感器误差,航位推算的定位误差是随着时间发散的,而直接准确检测这类误差非常困难.对多普勒导航系统进行导航误差分析,简化航位推算算法,在此基础上推导出一种新的辨识AUV导航误差参数的方法.仿真结果表明,该算法能够准确辨识AUV导航误差参数向量,可以有效提高AUV自主导航精度,且方法合理、简单.     

水下航行器舷外附体振动特性研究

对水下航行器舷外附体在流体冲击下的振动特性测试方法、数据分析方法进行了介绍,并开展了以实测数据为基础的舷外附体振动特性的分析研究,得到了实测情况下的水下航行器舷外附体振动分布特性及其变化规律,并对舷外附体在流体冲击下的共振情况进行了简要介绍。对水下航行器的减振改进设计具有积极的作用。     

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。     

水下航行器辅机电机振动分析及控制对策

控制水下航行器辅机产生的机械噪声一直是水下航行器减振降噪研究的热点。从能量传递方面来看,这类噪声均来源于作为驱动源的电机振动。本文从电机理论的角度讨论水下航行器辅机电机的振动原因,重点分析产生电磁振动的径向电磁力,论述水下航行器辅机用3种常用电机径向电磁力的产生特点。结合水下航行器设计使用特点,介绍辅机电机振动控制的3个对策。     

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。     

水下航行器的尾流场测试误差分析

采用Realized k-ε湍流模型求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,对SUBOFF全附体模型分别在风洞和水池试验条件下的尾部伴流场进行了三维粘性数值模拟,计算结果同试验结果具有很好的一致性,对两种试验条件进行模拟所得的结果是完全一致的,计算结果表明,在风洞和水池进行水下航行器尾流场试验所获得的结果差异主要是由于测试误差引起的.     

水下航行器导航系统的模糊自适应多模型滤波方法

为了提高水下航行器组合导航系统的精度,针对系统模型和量测噪声随实际工作环境的不同而变化的特点,提出了一种基于模糊自适应改进多模型滤波的算法。首先依据多模滤波的思想,对系统进行离散化建模;然后基于协方差匹配技术,利用滤波信息的统计方差和计算方差的偏差作为模糊系统输入,设计模糊推理系统调节量测噪声方差,最后给出算法的实现过程。仿真结果表明,所提方法可增强估计算法的抗干扰能力,提高了估计精度。     

水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输方法

为在提升水下通信网络信号覆盖强度的基础上,抵御电磁波的干扰作用,实现航行器间通信信号的稳定传输,提出水下航行器通信网络信号的抗电磁干扰传输方法。利用位置误差系数计算结果,建立标准的误差角微分方程,根据通信网络信号的协同定位原理,总结极大似然估计条件,得到准确的干扰系数校正值结果,完成水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输。实验结果表明,应用所提方法后,航行器间通信信号的稳定传输不断增强,能够实现对水下航行通信环境的有效保障。     

水下航行器执行机构故障诊断方法研究

针对水下航行器执行机构故障论断问题,建立了航行器推进器及舵等执行机构的偏差型故障模型和航行器水平面运动模型;设计了一种采用时变渐消因子实现的强跟踪滤波器算法,在线估计航行器状态及执行机构故障偏差,通过对残差进行分析,实现了对水下航行器执行机构的故障诊断。仿真试验验证了强跟踪滤波器在航行器执行机构故障诊断中的有效性。     

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。     

无人水下航行器的智能航行控制

水下无人航行器是探索未知水域的重要设备,但是传统水下无人航行器的智能航行控制系统,受到水域信号传播限制,造成智能控制范围较小,为此设计无人水下航行器的智能航行控制系统。使用水域深度变换器对智能控制器进行重新设计,根据水域深度变化进行不同方式的控制切换,优化PID控制器,改变水域信号传输方式,根据需求进行多传输方式的切换;使用粒子群算法对智能控制方式进行规划,对不同水域控制方式进行最优选择,实现航行智能控制系统设计。试验结果表明,设计的控制系统能在水下2 000 m内进行有效控制,比传统控制系统多出800 m的有效范围,因此本文设计系统具备极高的有效性。     

基于多普勒和光纤陀螺水下机器人导航系统研究

对基于DVL和FOG的导航方法进行研究,设计了导航方法的无缆水下机器人导航系统,分析导航系统的主要误差源,采用扩展Kalman滤波算法辨识传感器的安装偏差,通过湖试数据验证了该算法的稳定性和正确性。     

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。     

无人水下航行器实时系统设计

针对集中式体系结构已不能满足无人水下航行器(UUV)越来越复杂的水下任务,设计并实现了UUV实时系统,该实时系统以分布式结构为基础,在硬件上采用CAN总线技术,减少了通信时间,提高了实时性,简化了系统,并提供了良好的扩展性;在软件设计上采用μC/OS实时操作系统,方便地实现了逻辑复杂的程序,并进一步满足了系统的实时性.仿真和实时性测试试验结果表明,该系统软、硬件设计满足程序运算、数据存储和实时性的要求,并具有较高的可靠性.     

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。     

自主水下航行器发展概述

自主水下航行器（AUVs）因其应用于海洋勘探而逐渐成为一个有趣的研究对象。波浪滑翔机是一种行驶于波浪表面的无人滑行器（SUV）,它借助海洋能来推动自己,这对于典型的AUVs所采用的电机供能以及昂贵的锚链系统浮标供
　　能来说,是一种技术上的重大跨越。该文讨论了最有效率的AUVs类型。第一部分为每一种类型的发展历程,第二部分为它们各自的技术特点。此外,波浪滑翔机作为应用于海洋部门的一种新型水下机器人,文中简要地给出它的过去,现在以及未来的发展概述。研究波浪滑翔机的意义在于证明它的效率以及实用性,进而取代诸多的AUVs来实现各种实际应用。而研究结果也表明波浪滑翔机确实可以应用于众多领域。对于海洋检测而言,相比于其他AUVs,波浪滑翔机提供了更廉价,更经济,更环保的作业模式,同时也不需要缆绳、船舶等海上作业服务。     

水下航行器新型高效动力系统

从水下航行器对动力系统的要求出发,分析了常规燃料AIP、小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统国外发展概况,提出了小堆AIP技术和永磁同步电力推进系统组成的水下航行器新型高效动力系统,在对该系统研究后指出了需要研究的关键技术,原理与配置;展望了应用前景.     

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.