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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0068
摘要:
针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样估计声源运动速度的问题, 提出一种基于双水听器利用线谱声强干涉起伏估计声源速度方法。该方法利用声源运动参数对时间维线谱声强干涉起伏进行重采样, 得到满足正比关系的不同频率线谱声强干涉起伏。通过建立两频率线谱声强干涉起伏之间的相关系数代价函数, 搜索出双水听器各自对应的最近通过时间和距速比参数, 再结合声源与双水听器的距离位置关系, 最终解算出声源运动速度。仿真实验表明, 该方法能有效估计声源运动速度, 对背景噪声下低速运动声源有较好的测速效果。
针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样估计声源运动速度的问题, 提出一种基于双水听器利用线谱声强干涉起伏估计声源速度方法。该方法利用声源运动参数对时间维线谱声强干涉起伏进行重采样, 得到满足正比关系的不同频率线谱声强干涉起伏。通过建立两频率线谱声强干涉起伏之间的相关系数代价函数, 搜索出双水听器各自对应的最近通过时间和距速比参数, 再结合声源与双水听器的距离位置关系, 最终解算出声源运动速度。仿真实验表明, 该方法能有效估计声源运动速度, 对背景噪声下低速运动声源有较好的测速效果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0002
摘要:
针对水面舰艇应召反潜中敌潜艇未知航向机动的情形, 提出了一种基于遗传算法的对潜搜索方法。该方法分别结合了舰船声纳探测模型、敌潜艇目标运动模型、舰船搜索运动模型以及搜索路径发现概率计算模型, 并将信息置信度引入发现概率计算模型, 增强了发现概率计算的可信度; 再利用遗传算法分别求解单舰及双舰在应召反潜搜索过程中每段的最优航向角和速度, 分别给出单舰和双舰应召螺旋搜索的最优路径; 最后给出了单舰和双舰在仅改变转角和既改变转角又改变速度条件下, 搜索到目标的发现概率的变化规律。通过与传统螺旋算法对比表明, 增加改变速度的舰船搜索机制更为灵活, 可提高发现概率; 当搜索兵力足够时, 采用多舰编队搜索可大幅度提高发现概率。该研究可为水面舰搜攻潜作战提供参考。
针对水面舰艇应召反潜中敌潜艇未知航向机动的情形, 提出了一种基于遗传算法的对潜搜索方法。该方法分别结合了舰船声纳探测模型、敌潜艇目标运动模型、舰船搜索运动模型以及搜索路径发现概率计算模型, 并将信息置信度引入发现概率计算模型, 增强了发现概率计算的可信度; 再利用遗传算法分别求解单舰及双舰在应召反潜搜索过程中每段的最优航向角和速度, 分别给出单舰和双舰应召螺旋搜索的最优路径; 最后给出了单舰和双舰在仅改变转角和既改变转角又改变速度条件下, 搜索到目标的发现概率的变化规律。通过与传统螺旋算法对比表明, 增加改变速度的舰船搜索机制更为灵活, 可提高发现概率; 当搜索兵力足够时, 采用多舰编队搜索可大幅度提高发现概率。该研究可为水面舰搜攻潜作战提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003
摘要:
针对水下燃气涡轮机动力系统燃料泵柱塞油膜摩擦生热问题, 结合流体力学(CFD)动网格和滑移网格方法, 根据柱塞运动方程进行用户自定义函数(UDF)编程, 考虑油液的粘温特性建立燃料泵柱塞油膜仿真计算模型, 并给出了柱塞油膜摩擦生热建模分析方法。根据所提出分析方法对柱塞油膜摩擦生热进行了仿真分析, 研究了出口压力、壁面温度及转速等参数对油膜摩擦生热引起温度变化的影响规律。获得如下结论: 1) 入口压力为0.5 MPa时, 出口压力的变化对油膜温度上升影响较小, 且油膜顶部位置温度上升量最大, 在转速为2 250 r/m工况下温度上升量可达4 K左右; 2) 在300~373 K范围内, 壁面温度每上升20 K, 油膜顶部温度上升量降低约50%, 且373 K时油膜顶部温度上升量仅为300 K时的9.2%; 3) 油膜温度上升量与转速近似呈线性关系。
针对水下燃气涡轮机动力系统燃料泵柱塞油膜摩擦生热问题, 结合流体力学(CFD)动网格和滑移网格方法, 根据柱塞运动方程进行用户自定义函数(UDF)编程, 考虑油液的粘温特性建立燃料泵柱塞油膜仿真计算模型, 并给出了柱塞油膜摩擦生热建模分析方法。根据所提出分析方法对柱塞油膜摩擦生热进行了仿真分析, 研究了出口压力、壁面温度及转速等参数对油膜摩擦生热引起温度变化的影响规律。获得如下结论: 1) 入口压力为0.5 MPa时, 出口压力的变化对油膜温度上升影响较小, 且油膜顶部位置温度上升量最大, 在转速为2 250 r/m工况下温度上升量可达4 K左右; 2) 在300~373 K范围内, 壁面温度每上升20 K, 油膜顶部温度上升量降低约50%, 且373 K时油膜顶部温度上升量仅为300 K时的9.2%; 3) 油膜温度上升量与转速近似呈线性关系。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203002
摘要:
针对无人水面艇路径规划时存在洋流、障碍物等外部干扰的问题, 提出一种改进的基于强化学习的无人水面艇能耗最优路径规划算法。首先, 建立多个随机涡流组成的二维洋流模型和无人水面艇的平面运动学模型; 其次, 依据洋流、无人水面艇相对速度关系, 计算路径点是否可达; 然后, 利用改进的奖励函数、动作集和状态集求解全局最优路径, 并采用B样条法进行平滑; 最后, 在2种典型环境下进行数值仿真。仿真结果表明该算法可规划出一条能耗最优且平滑的路径, 验证了算法的有效性和最优性, 。
针对无人水面艇路径规划时存在洋流、障碍物等外部干扰的问题, 提出一种改进的基于强化学习的无人水面艇能耗最优路径规划算法。首先, 建立多个随机涡流组成的二维洋流模型和无人水面艇的平面运动学模型; 其次, 依据洋流、无人水面艇相对速度关系, 计算路径点是否可达; 然后, 利用改进的奖励函数、动作集和状态集求解全局最优路径, 并采用B样条法进行平滑; 最后, 在2种典型环境下进行数值仿真。仿真结果表明该算法可规划出一条能耗最优且平滑的路径, 验证了算法的有效性和最优性, 。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202205002
摘要:
针对压阻式压力传感器对环境条件变化较为敏感, 温度变化时会产生热漂移, 影响传感器性能的不足, 文中采用MEA-BP神经网络算法对压阻式压力传感器建立误差补偿模型, 该模型利用MEA算法对神经网络的初始权值和阈值优化, 减少了由于初值的不确定性导致训练陷入局部最优的可能性, 并采用Levenberg-Marquardt算法代替梯度下降法加快神经网络的收敛速度, 增加补偿算法的可靠性。通过仿真建立误差补偿模型, 并与原始BP神经网络补偿法和GA-BP神经网络补偿法比较, 均方根误差期望分别降低了48.7%和8.29%, 且标准差降为原来的5%和4%, 结果表明经过MEA算法优化的BP神经网络补偿方法能更加精确的补偿温度造成的影响, 且补偿结果更为可靠。
针对压阻式压力传感器对环境条件变化较为敏感, 温度变化时会产生热漂移, 影响传感器性能的不足, 文中采用MEA-BP神经网络算法对压阻式压力传感器建立误差补偿模型, 该模型利用MEA算法对神经网络的初始权值和阈值优化, 减少了由于初值的不确定性导致训练陷入局部最优的可能性, 并采用Levenberg-Marquardt算法代替梯度下降法加快神经网络的收敛速度, 增加补偿算法的可靠性。通过仿真建立误差补偿模型, 并与原始BP神经网络补偿法和GA-BP神经网络补偿法比较, 均方根误差期望分别降低了48.7%和8.29%, 且标准差降为原来的5%和4%, 结果表明经过MEA算法优化的BP神经网络补偿方法能更加精确的补偿温度造成的影响, 且补偿结果更为可靠。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202204011
摘要:
针对自主式水下航行器(AUV)协同定位系统存在的水声探测与通信的延迟问题, 提出一种基于交互式多模型(IMM)算法的时间延迟处理方法。首先建立多AUV系统的协同定位计算模型, 针对系统非线性运动方程与非线性量测, 分析扩展卡尔曼滤波协同定位结果因水声信号传播延迟产生的定位误差; 其次阐述常规延迟扩展卡尔曼滤波(DEKF)在处理时间延迟环节中无法实现对机动性目标AUV运动状态的精准跟踪问题; 最终设计IMM-DEKF算法, 选择适当的运动模型作为子滤波器, 利用新息更新模型概率, 精确跟踪主AUV运动状态, 降低从AUV滤波器中对主AUV状态值的估计误差, 实现整体协同系统的定位精度提高。仿真结果验证了提出的算法在常规扩展卡尔曼滤波的基础上有效提高了从AUV滤波器对主AUV航迹预测精度, 使得协同定位系统的整体定位精度得到提升。
针对自主式水下航行器(AUV)协同定位系统存在的水声探测与通信的延迟问题, 提出一种基于交互式多模型(IMM)算法的时间延迟处理方法。首先建立多AUV系统的协同定位计算模型, 针对系统非线性运动方程与非线性量测, 分析扩展卡尔曼滤波协同定位结果因水声信号传播延迟产生的定位误差; 其次阐述常规延迟扩展卡尔曼滤波(DEKF)在处理时间延迟环节中无法实现对机动性目标AUV运动状态的精准跟踪问题; 最终设计IMM-DEKF算法, 选择适当的运动模型作为子滤波器, 利用新息更新模型概率, 精确跟踪主AUV运动状态, 降低从AUV滤波器中对主AUV状态值的估计误差, 实现整体协同系统的定位精度提高。仿真结果验证了提出的算法在常规扩展卡尔曼滤波的基础上有效提高了从AUV滤波器对主AUV航迹预测精度, 使得协同定位系统的整体定位精度得到提升。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0042
摘要:
鱼雷环境应力与工作应力的耦合效应直接影响其可靠性、工作寿命乃至作战效能。而耦合效应的研究尚处于起步阶段, 对耦合效应下的失效模式和影响尚无系统研究。针对此, 文章通过历史数据分析和典型失效案例介绍, 系统总结了鱼雷常用零部件在环境应力和工作应力耦合下的失效模式, 包括弹簧、紧固件、焊接件、轴类零件、轴承类、齿轮类、转子叶片类、液压系统和高分子材料类等, 产生的失效模式包括松脱断裂、密封失效、腐蚀锈蚀和机械变形等, 并分析了上述失效模式对鱼雷的影响。研究结果发现: 鱼雷同时承受环境应力和工作应力的耦合作用, 环境应力作为外界应力对鱼雷各零部件产生一定影响, 使零部件缺陷或薄弱部位进一步恶化, 同时再加上工作应力进一步加深缺陷和薄弱环节的裂纹、磨损、老化的扩展, 最终导致失效或故障。
鱼雷环境应力与工作应力的耦合效应直接影响其可靠性、工作寿命乃至作战效能。而耦合效应的研究尚处于起步阶段, 对耦合效应下的失效模式和影响尚无系统研究。针对此, 文章通过历史数据分析和典型失效案例介绍, 系统总结了鱼雷常用零部件在环境应力和工作应力耦合下的失效模式, 包括弹簧、紧固件、焊接件、轴类零件、轴承类、齿轮类、转子叶片类、液压系统和高分子材料类等, 产生的失效模式包括松脱断裂、密封失效、腐蚀锈蚀和机械变形等, 并分析了上述失效模式对鱼雷的影响。研究结果发现: 鱼雷同时承受环境应力和工作应力的耦合作用, 环境应力作为外界应力对鱼雷各零部件产生一定影响, 使零部件缺陷或薄弱部位进一步恶化, 同时再加上工作应力进一步加深缺陷和薄弱环节的裂纹、磨损、老化的扩展, 最终导致失效或故障。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202206012
摘要:
针对在航空声纳系统有限空间内双圆环阵因孔径受限而导致的目标分辨力和空间分辨率不足的问题, 提出了一种可以实现双圆环阵孔径扩展的虚拟成阵方法。所提方法利用双圆环阵模态域信号模型和双直线阵阵元域信号模型之间的关系, 设计了采样矩阵和相位旋转矩阵, 将均匀双圆环阵转换为均匀双直线阵。考虑了实际双圆环阵中的阵元位置误差、阵元间耦合、观察角度误差等的影响, 利用最小二乘准则提出了一种将实际双圆环阵近似转换为均匀双直线阵的优化模型, 并给出了迭代求解方法。与合成孔径方法相比, 所提方法是对基阵阵列流形进行的一种预处理, 对使用过程中基阵的运动特性没有特殊要求; 与模态域转换方法相比, 所提方法可以体现目标双直线阵的阵元间隔和两线阵间距, 充分利用了双直线阵相对于单直线阵的优势。仿真实验和水池实验的结果表明双圆环阵的孔径得到了扩展, 虚拟阵波束图比双圆环阵波束图的主瓣更窄且旁瓣更低, 有效提高了空间分辨力和目标分辨力。
针对在航空声纳系统有限空间内双圆环阵因孔径受限而导致的目标分辨力和空间分辨率不足的问题, 提出了一种可以实现双圆环阵孔径扩展的虚拟成阵方法。所提方法利用双圆环阵模态域信号模型和双直线阵阵元域信号模型之间的关系, 设计了采样矩阵和相位旋转矩阵, 将均匀双圆环阵转换为均匀双直线阵。考虑了实际双圆环阵中的阵元位置误差、阵元间耦合、观察角度误差等的影响, 利用最小二乘准则提出了一种将实际双圆环阵近似转换为均匀双直线阵的优化模型, 并给出了迭代求解方法。与合成孔径方法相比, 所提方法是对基阵阵列流形进行的一种预处理, 对使用过程中基阵的运动特性没有特殊要求; 与模态域转换方法相比, 所提方法可以体现目标双直线阵的阵元间隔和两线阵间距, 充分利用了双直线阵相对于单直线阵的优势。仿真实验和水池实验的结果表明双圆环阵的孔径得到了扩展, 虚拟阵波束图比双圆环阵波束图的主瓣更窄且旁瓣更低, 有效提高了空间分辨力和目标分辨力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011
摘要:
针对水下机器人-机械臂系统的强耦合、建模不确定性、环境扰动复杂的特点, 提出了自适应干扰观测器的反步控制。将海洋多源干扰用线性外系统描述, 设计自适应观测器进行估计。针对实际驱动器存在的输入饱和问题, 设计了辅助动力系统。在此基础上, 进一步设计了反步控制器, 并通过李雅普诺夫理论分析了闭环跟踪系统的有界稳定性。最后通过2 关节水下机器人-机械臂系统进行仿真验证, 结果表明与传统的PID控制相比较, 文章所提方法能够更好地使机器人-机械臂系统跟踪预定轨迹, 且具有更好的抗干扰能力。
针对水下机器人-机械臂系统的强耦合、建模不确定性、环境扰动复杂的特点, 提出了自适应干扰观测器的反步控制。将海洋多源干扰用线性外系统描述, 设计自适应观测器进行估计。针对实际驱动器存在的输入饱和问题, 设计了辅助动力系统。在此基础上, 进一步设计了反步控制器, 并通过李雅普诺夫理论分析了闭环跟踪系统的有界稳定性。最后通过2 关节水下机器人-机械臂系统进行仿真验证, 结果表明与传统的PID控制相比较, 文章所提方法能够更好地使机器人-机械臂系统跟踪预定轨迹, 且具有更好的抗干扰能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203009
摘要:
文中以蝠鲼为仿生对象, 提出了一种基于柔性胸鳍推进的仿蝠鲼机器鱼设计方案, 并针对该机器鱼设计了基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制策略, 进行了控制参数的影响分析与多种运动模态的性能测试。首先, 对蝠鲼的运动特征进行了分析, 在实际仿生功能需求下提出了仿蝠鲼机器鱼的整体设计方案。然后, 为实现仿蝠鲼机器鱼在不同游动模式下的稳定游动及连续平稳切换, 设计了一种CPG运动控制方法, 并分析了各控制参数对CPG拓扑网络结构输出信号的影响。最后, 对仿蝠鲼机器鱼的机动性进行了进一步的游动测试, 验证了仿蝠鲼机器鱼能在水下灵活实现直线巡游、转向及浮潜等多种运动模态, 具有出色的运动性能和应用前景。
文中以蝠鲼为仿生对象, 提出了一种基于柔性胸鳍推进的仿蝠鲼机器鱼设计方案, 并针对该机器鱼设计了基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制策略, 进行了控制参数的影响分析与多种运动模态的性能测试。首先, 对蝠鲼的运动特征进行了分析, 在实际仿生功能需求下提出了仿蝠鲼机器鱼的整体设计方案。然后, 为实现仿蝠鲼机器鱼在不同游动模式下的稳定游动及连续平稳切换, 设计了一种CPG运动控制方法, 并分析了各控制参数对CPG拓扑网络结构输出信号的影响。最后, 对仿蝠鲼机器鱼的机动性进行了进一步的游动测试, 验证了仿蝠鲼机器鱼能在水下灵活实现直线巡游、转向及浮潜等多种运动模态, 具有出色的运动性能和应用前景。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008
摘要:
磁异常信号探测在近海防御领域应用前景广阔, 实现远距离、长时间监测是目前亟待解决的问题。本文提出一种水下磁异常探测模型, 引入小波域分析与正交基分解检测的方法, 通过对磁异常信号特征与小波分解频率分析, 提出一种自适应层数确定方法, 再进行去噪正交基分解能量检测的自主处理流程。针对小波域去噪问题, 在不同分解尺度下, 提出独立使用不同收缩系数对细节系数进行处理, 提高对高频噪声抑制效果。研究结果表明相对于传统小波去噪, 本文方法信噪比提升约27%, 误识别率降低39%。
磁异常信号探测在近海防御领域应用前景广阔, 实现远距离、长时间监测是目前亟待解决的问题。本文提出一种水下磁异常探测模型, 引入小波域分析与正交基分解检测的方法, 通过对磁异常信号特征与小波分解频率分析, 提出一种自适应层数确定方法, 再进行去噪正交基分解能量检测的自主处理流程。针对小波域去噪问题, 在不同分解尺度下, 提出独立使用不同收缩系数对细节系数进行处理, 提高对高频噪声抑制效果。研究结果表明相对于传统小波去噪, 本文方法信噪比提升约27%, 误识别率降低39%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202205004
摘要:
水下目标检测是水下图像处理领域的一项基本任务, 是进行水下图像分割、水下目标追踪等任务的基础。水下目标检测也是水下图像处理的核心任务, 目的是判断出水下目标的位置和类别。声呐具有探测范围广, 能够用水声信号进行水下检测的优点。通过处理声呐图像实现水下目标检测具有重大的军事与民用意义。为对基于声呐图像的水下目标检测的原理、方法、算法、发展趋势进行全面阐述, 文章将基于声呐图像的水下目标检测任务分为传统水下目标检测、基于深度学习的目标检测、深度学习与迁移学习相结合的目标检测进行论述。传统目标检测分为基于数理统计的水下目标检测、基于数学形态学的水下目标检测、基于像素的水下目标检测进行讨论。基于深度学习的目标检测分为基于候选区域的目标检测, 基于回归的目标检测以及基于DETR的目标检测进行讨论。深度学习与迁移学习相结合的目标检测主要分为基于简单深度神经网络模型的迁移与基于复杂深度学习模型的迁移所实现的目标检测。最后总结归纳现有技术的优缺点, 并对该领域的未来发展方向做出进一步的展望。
水下目标检测是水下图像处理领域的一项基本任务, 是进行水下图像分割、水下目标追踪等任务的基础。水下目标检测也是水下图像处理的核心任务, 目的是判断出水下目标的位置和类别。声呐具有探测范围广, 能够用水声信号进行水下检测的优点。通过处理声呐图像实现水下目标检测具有重大的军事与民用意义。为对基于声呐图像的水下目标检测的原理、方法、算法、发展趋势进行全面阐述, 文章将基于声呐图像的水下目标检测任务分为传统水下目标检测、基于深度学习的目标检测、深度学习与迁移学习相结合的目标检测进行论述。传统目标检测分为基于数理统计的水下目标检测、基于数学形态学的水下目标检测、基于像素的水下目标检测进行讨论。基于深度学习的目标检测分为基于候选区域的目标检测, 基于回归的目标检测以及基于DETR的目标检测进行讨论。深度学习与迁移学习相结合的目标检测主要分为基于简单深度神经网络模型的迁移与基于复杂深度学习模型的迁移所实现的目标检测。最后总结归纳现有技术的优缺点, 并对该领域的未来发展方向做出进一步的展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007
摘要:
基于STAR-CCM+软件, 选用剪切应力传输k-w湍流模型, 采用多重运动参考系和理想水泵模型构建航行器水面航行喷水推进数值计算模型, 并进行了可行性验证。基于理想水泵模型对内流道单侧进水特性进行仿真, 并用理想水泵特征压差的大小表征轴流水泵吸水能力。对航行器在不同压差和不同浸没深度水面滑行工况进行数值仿真, 研究其流场特性和流体动力特性。结果表明, 理想水泵模型对轴流水泵吸水具有较好的仿真效果; 对比不同特征压差航行器内流道的流体动力特性, 发现随着压力值的增大, 内流道阻力明显增大, 内流道升力几乎不变; 在不同浸没深度水面滑行数值仿真中, 当进水口浸没深度大于20 mm, 内流道进水效果不再受浸没深度影响。研究结果可为水面航行器喷水推进工程应用提供参考。
基于STAR-CCM+软件, 选用剪切应力传输k-w湍流模型, 采用多重运动参考系和理想水泵模型构建航行器水面航行喷水推进数值计算模型, 并进行了可行性验证。基于理想水泵模型对内流道单侧进水特性进行仿真, 并用理想水泵特征压差的大小表征轴流水泵吸水能力。对航行器在不同压差和不同浸没深度水面滑行工况进行数值仿真, 研究其流场特性和流体动力特性。结果表明, 理想水泵模型对轴流水泵吸水具有较好的仿真效果; 对比不同特征压差航行器内流道的流体动力特性, 发现随着压力值的增大, 内流道阻力明显增大, 内流道升力几乎不变; 在不同浸没深度水面滑行数值仿真中, 当进水口浸没深度大于20 mm, 内流道进水效果不再受浸没深度影响。研究结果可为水面航行器喷水推进工程应用提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202204018
摘要:
分布式模型预测控制(distributed model predictive control, DMPC)相较于集中式模型预测控制需要更低的计算量且具有更强的容错性和鲁棒性, 被广泛应用于多智能体编队控制。文中提出了一种基于分布式模型预测控制的欠驱动自主水下航行器编队控制方法, 基于局部邻居信息为每一个AUV控制器构建预测控制的代价函数和约束条件, 通过优化算法求解一定时域内的最优控制输入。同时, 针对编队系统可能存在的障碍物避碰问题和通信时延问题, 分别设计了基于距离和相对视线差的避障方法, 以及在接收到所有邻居信息后再求解的等待机制。仿真结果表明, 采用文中提出的方法, 多航行器编队能够在障碍及通信时延条件下保持队形稳定。
分布式模型预测控制(distributed model predictive control, DMPC)相较于集中式模型预测控制需要更低的计算量且具有更强的容错性和鲁棒性, 被广泛应用于多智能体编队控制。文中提出了一种基于分布式模型预测控制的欠驱动自主水下航行器编队控制方法, 基于局部邻居信息为每一个AUV控制器构建预测控制的代价函数和约束条件, 通过优化算法求解一定时域内的最优控制输入。同时, 针对编队系统可能存在的障碍物避碰问题和通信时延问题, 分别设计了基于距离和相对视线差的避障方法, 以及在接收到所有邻居信息后再求解的等待机制。仿真结果表明, 采用文中提出的方法, 多航行器编队能够在障碍及通信时延条件下保持队形稳定。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
摘要:
为改进无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的动态性能和鲁棒性, 简化控制系统结构, 提出了一种基于广义预测控制的永磁同步电机单环控制策略。首先基于连续时间的永磁同步电机模型, 通过优化新型目标函数的非线性广义预测控制策略, 设计了永磁同步电机转速-电流单环控制器。此外, 采用电流约束策略, 避免电流过大对电机和逆变控制器造成损害。此控制策略的控制结构简单, 只需调节预测时域即可实现永磁同步电机强鲁棒控制, 工程上易于实现。最后仿真实验结果表明, 所研究控制策略能有效地抑制外部扰动和内部参数摄动的影响, 实现了无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的快动态响应和强鲁棒性。
为改进无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的动态性能和鲁棒性, 简化控制系统结构, 提出了一种基于广义预测控制的永磁同步电机单环控制策略。首先基于连续时间的永磁同步电机模型, 通过优化新型目标函数的非线性广义预测控制策略, 设计了永磁同步电机转速-电流单环控制器。此外, 采用电流约束策略, 避免电流过大对电机和逆变控制器造成损害。此控制策略的控制结构简单, 只需调节预测时域即可实现永磁同步电机强鲁棒控制, 工程上易于实现。最后仿真实验结果表明, 所研究控制策略能有效地抑制外部扰动和内部参数摄动的影响, 实现了无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的快动态响应和强鲁棒性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203014
摘要:
为了对水下运动目标进行实时跟踪, 以静止双观测站纯方位跟踪系统为研究对象, 分别结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的原理, 对基于EKF和UKF算法的双观测站纯方位跟踪系统进行了仿真分析及比较。结果表明, 基于2种算法的双观测站纯方位系统都能适用于水下运动目标实时跟踪, 但后者具有更快的收敛速度和更好的鲁棒性。同时, 分别分析了双站距离以及方位角量测误差对实时跟踪效果的影响, 仿真结果表明, 2个观测站距离过近或者过远都会降低目标跟踪的效果, 基于EKF和UKF算法的双观测站系统在两站距离800 m时分别能够得到更加满意的跟踪效果; 随着方位角量测误差的增大, 基于2种算法的双观测站系统的跟踪性能都会下降, 但UKF算法在EKF算法跟踪失效时仍然具有较好的跟踪性能。
为了对水下运动目标进行实时跟踪, 以静止双观测站纯方位跟踪系统为研究对象, 分别结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的原理, 对基于EKF和UKF算法的双观测站纯方位跟踪系统进行了仿真分析及比较。结果表明, 基于2种算法的双观测站纯方位系统都能适用于水下运动目标实时跟踪, 但后者具有更快的收敛速度和更好的鲁棒性。同时, 分别分析了双站距离以及方位角量测误差对实时跟踪效果的影响, 仿真结果表明, 2个观测站距离过近或者过远都会降低目标跟踪的效果, 基于EKF和UKF算法的双观测站系统在两站距离800 m时分别能够得到更加满意的跟踪效果; 随着方位角量测误差的增大, 基于2种算法的双观测站系统的跟踪性能都会下降, 但UKF算法在EKF算法跟踪失效时仍然具有较好的跟踪性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202202011
摘要:
自主导航是无人水下航行器完成水下任务的关键技术, 姿态信息是自主导航的重要参数。现有高精度导航设备价格昂贵、体积大, 因此小型化、低成本自主导航技术是研究热点。受仿生学研究启发, 构建了基于压力传感器阵列的AUV姿态反演估计模型, 将已知压强、姿态数据输入模型, 训练出模型参数, 从而利用压强数据反演估计姿态信息。按照轨迹、深度、速度等因素开展了多组试验验证, 检验了所提出方法的有效性。试验结果表明, 利用基于压力传感器阵列的AUV姿态反演估计方法, 俯仰角误差优于2.0699°, 横滚角误差优于2.9908°, 且不存在累积误差, 在自主导航系统中具有较高应用潜力。
自主导航是无人水下航行器完成水下任务的关键技术, 姿态信息是自主导航的重要参数。现有高精度导航设备价格昂贵、体积大, 因此小型化、低成本自主导航技术是研究热点。受仿生学研究启发, 构建了基于压力传感器阵列的AUV姿态反演估计模型, 将已知压强、姿态数据输入模型, 训练出模型参数, 从而利用压强数据反演估计姿态信息。按照轨迹、深度、速度等因素开展了多组试验验证, 检验了所提出方法的有效性。试验结果表明, 利用基于压力传感器阵列的AUV姿态反演估计方法, 俯仰角误差优于2.0699°, 横滚角误差优于2.9908°, 且不存在累积误差, 在自主导航系统中具有较高应用潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202202003
摘要:
观测数据的准确性和可信度是波浪滑翔器数据质量控制的核心, 有效的数据质量控制方法是推动波浪滑翔器观测数据推广应用必不可少的技术手段。为提升波浪滑翔器观测数据质量, 本文以气温、气压数据为例, 提出一种新型海洋观测数据质量控制方法, 该方法包括数据检验和数据修正环节。数据检验包括范围检验和尖峰检验, 对波浪滑翔器观测数据进行异常值剔除。数据修正采用BP神经网络算法对检验后的观测数据进行数据修正, 提升观测数据整体准确性。前期, “黑珍珠(Black Pearl)”波浪滑翔器集成AIRMAR-BP200和GILL-GMX600气象传感器进行比对实验获取大量数据样本, 本文使用该样本数据用于BP神经网络模型训练。同时, 为验证本文提出的数据质量控制方法的有效性, 对“黑珍珠”波浪滑翔器进行海上实验获取的观测数据进行数据质量控制和分析, 实验结果表明本文提出的数据质量控制方法可有效提高观测数据的准确性。
观测数据的准确性和可信度是波浪滑翔器数据质量控制的核心, 有效的数据质量控制方法是推动波浪滑翔器观测数据推广应用必不可少的技术手段。为提升波浪滑翔器观测数据质量, 本文以气温、气压数据为例, 提出一种新型海洋观测数据质量控制方法, 该方法包括数据检验和数据修正环节。数据检验包括范围检验和尖峰检验, 对波浪滑翔器观测数据进行异常值剔除。数据修正采用BP神经网络算法对检验后的观测数据进行数据修正, 提升观测数据整体准确性。前期, “黑珍珠(Black Pearl)”波浪滑翔器集成AIRMAR-BP200和GILL-GMX600气象传感器进行比对实验获取大量数据样本, 本文使用该样本数据用于BP神经网络模型训练。同时, 为验证本文提出的数据质量控制方法的有效性, 对“黑珍珠”波浪滑翔器进行海上实验获取的观测数据进行数据质量控制和分析, 实验结果表明本文提出的数据质量控制方法可有效提高观测数据的准确性。
