水下无人系统学报

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程雪梅

2009, 17(6): 001-6. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.001

[摘要](2575) [PDF 842KB](711)

摘要:
水下滑翔机是一种无外挂推进系统、通过内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其运动的新型水下航行器，主要用于长时间、大范围的海洋环境监测。该文概述了水下滑翔机的概念、特点和主要功能，介绍了水下滑翔机的国内外研究成果及现状，探讨了目前发展水下滑翔机需攻克的关键技术，主要包括水下滑翔机重心调节机构设计、浮力变化量的精确控制、水下滑翔机水动力研究以及低功耗设计，最后展望了水下滑翔机的未来发展趋势。

基于协同优化的鱼雷多学科设计优化

宋保维, 杜伟, 高智勇, 蔡卫军, 温振

2009, 17(6): 007-11. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.002

[摘要](1616) [PDF 582KB](893)

摘要:
为了使用多学科设计优化方法解决鱼雷总体设计中的并行设计、耦合变量等难题，提高鱼雷总体性能，该文提出了以最大航程为目标函数，对涉及到的航程、外形、推进器及能供学科进行多学科分析，并利用基于协同优化算法的多学科设计优化方法对鱼雷外形及推进器进行设计优化。仿真结果表明，该方法能够提高鱼雷航程。

鱼雷武器系统方案多目标优化论证

徐振国

2009, 17(6): 012-14. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.003

[摘要](1748) [PDF 313KB](591)

摘要:
根据鱼雷武器系统概念设计的费效多目标优化模型，采用多目标遗传算法（MOGA）求解Pareto最优解，并根据距离理想解最近的方法得到方案论证的最终满意解。文中讨论了一个鱼雷论证的数值算例。结果表明，多目标遗传算法能够应用于鱼雷武器系统的费效方案比较，方案集的多样性良好，分布比较均匀,决策的方法简单适用，能够在工程设计中使用。

高速水喷流实验装置方案及其性能仿真

石志宏, 练永庆, 王树宗

2009, 17(6): 015-18. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.004

[摘要](1862) [PDF 411KB](575)

摘要:
为了研究水下武器高速水喷流噪声问题，设计了高速水喷流实验装置，并运用相关理论建立了整个装置实验过程的数学模型，并进行了数字仿真，求取了实验过程中气瓶和气水缸的压力以及水喷流速度的变化规律。仿真结果表明，该方案可在一定时间内保持喷口高速水流速度的稳定性，可以满足实验要求，为下一步的实验研究提供参考。

基于均匀试验响应面法在鱼雷外形设计中的应用

宋保维, 温庆国, 毛昭勇, 马骥

2009, 17(6): 019-23. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.005

[摘要](1219) [PDF 576KB](653)

摘要:
在鱼雷外形优化设计过程中，由于要考虑各学科之间的耦合，且把所有学科都集中在一个反复迭代的优化过程中，其运算量和计算时间是采用常规方法所难以实现的。该文首次在鱼雷外形优化设计中采用了基于均匀试验的响应面方法，在设计空间选取合适的试验点，构造一定精度的响应面模型，并在该模型基础上进行优化设计。通过算例计算说明，该方法可以克服常规设计方法计算成本高，计算操作复杂的缺点，提高了运算效率，其优化结果与现有鱼雷头部曲线比较分析表明，本文提出的鱼雷外形优化设计方法可以大大减少各学科分析时间以及优化步骤，优化结果接近实际工程应用。

鱼雷多目标自导系统声学建模与实现

褚福照, 黄建国, 张群飞, 胡方

2009, 17(6): 024-30. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.006

[摘要](1378) [PDF 751KB](691)

摘要:
多目标自导系统是新型鱼雷制导系统发展的必然趋势，是对现有自导系统功能的完善与提升，通过建模手段对其性能及技术特点进行研究是自导研究领域非常关心且亟待解决的问题。该文对鱼雷多目标自导系统的功能及系统构成进行了研究，并从系统层面对其关键技术进行了讨论。基于层次化和模块化的建模原则，将自导系统分解为彼此独立的11个功能模块，利用Visual C++平台在声信号层次上设计并建立了鱼雷多目标自导声学仿真系统，给出了主要模块的声学模型。最后，在相同的复杂对抗环境下对多目标自导系统和传统的单目标自导系统进行了100次统计仿真试验，结果表明，多目标自导系统较传统的单目标自导系统命中概率提高了38.5%，航程损耗减小了17.6%，显著提高了复杂对抗环境下自导系统的作战效能。

一种基于排序数据方差的恒虚警检测器

钟晓锋

2009, 17(6): 031-34. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.007

[摘要](1509) [PDF 391KB](606)

摘要:
为了充分利用参考单元信息，减少恒虚警（CFAR）损失，基于有序统计（OS）方法和排序数据方差(ODV)方法提出一种新的恒虚警检测器(MOSODV)，它的前沿和后沿滑窗分别采用OS和ODV产生2个局部估计，然后取二者之和作为背景功率水平估计。在Swerling II型目标假设下，推导出MOSODV在均匀背景下虚警概率的解析表达式，并与其他CFAR方法进行了比较。仿真结果表明，MOSODV在均匀背景及多目标环境中均具有较好的性能，而杂波边缘环境中，MOSODV也保持了比较好的虚警控制能力。

鱼雷垂直目标亮点高分辨算法仿真与试验研究

徐枫, 严冰, 王海陆, 杨宝民

2009, 17(6): 035-40. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.008

[摘要](1325) [PDF 591KB](743)

摘要:
在鱼雷声成像垂直尺度识别中，根据潜艇垂直方向上目标亮点相距较近，且为相干信号源的特点，同时为了减小运算量而易于工程实现，提出了一种基于正交采样的高分辨DOA估计算法，即正交解相干MUSIC算法。该算法首先对阵列接收到的高频信号进行正交采样，在降低采样率的基础上，再利用解相干MUSIC算法对低频信号进行DOA估计。仿真结果表明，改进算法在有效减小运算量的同时，具有和解相干MUSIC算法相同的性能。在理论和仿真研究的基础上,对不同发射阵阵元间距下的2个相干信号源进行了2组水池缩比试验，并运用正交解相干MUSIC算法进行估计，结果表明，该算法能够较为准确地估计出2个相干信号源的方向。

基于抗混叠CZT变换的宽带相关副本快速算法

明星, 苑秉成, 刘建国

2009, 17(6): 041-45. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.009

[摘要](1293) [PDF 493KB](621)

摘要:
信号处理过程中，系统常预先存储相关副本。但对于目标速度较高且对速度估计精度要求高时，则需要存储较多不同尺度的副本信号。副本存储会给系统带来较大的负担，因此寻求实时的副本快速算法是必要的。针对多速率采样难以实现宽带相关处理副本求解的问题，提出了通过CZT变换求解宽带相关副本FFT的计算方法。针对目标回波尺度大于1时造成的副本FFT混叠问题，提出了基于抗混叠CZT变换的宽带相关副本快速算法，并完成了算法的仿真与验证。仿真结果表明，基于抗混叠CZT变换的副本快速算法能准确高效地求取宽带相关副本FFT变换的结果。

基于循环相关检测方法的浅水信道多径特性分析

张雪, 王海燕, 白峻

2009, 17(6): 046-48. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.010

[摘要](1284) [PDF 387KB](666)

摘要:
基于浅水信道模型，建立了具有循环平稳性的线性调频信号多径模型，利用龙格库塔方法对本征声线的理论参数值进行计算，用拷贝相关检测方法进行检测。为了对比检测效果，本文基于循环相关检测方法，采用了一种估计循环频率特征的浅水信道多径分析方法，该方法通过在频域估计循环频率的峰数和位置，可以在时域内准确估算浅水通信的多径数和相应的时延，与拷贝相关检测方法相比可以提高检测性能。将试验获得的水声传播参数应用于所建浅水信道多径模型，分别估算出浅水通信试验的信号多径时延特征，检测结果与理论结果相符，本文采用的方法能更加清晰的分辨各峰值与多径时延，很好地估计浅水声通信系统的信道传输多径特性，说明本文算法的有效性和优越性。

钹式换能器制作工艺与实验研究

杜贻群, 王德石

2009, 17(6): 049-53. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.011

[摘要](1618) [PDF 603KB](634)

摘要:
设计方法与制作工艺是开发低频钹式换能器的核心技术。首先在继承传统压电材料制作工艺的基础上，根据钹式换能器的设计规律，研制了含有低频换能器在内的多套金属帽冲压模具，比较了粘结剂、金属材料等的不同特点，给出了合成钹式阵元的一般性方法，掌握了制作钹式阵元的特殊工艺，由此可开发系列阵元；然后，针对其中的低频阵元，在消声水池实验中分别对阵元的共振频率、发射幅压响应、自由场接收灵敏度等进行了测试。实验结果表明，低频钹式阵元具有较好的接收效果，单个5 kHz钹式阵元在0~40 kHz工作时，其自由场接收灵敏度在-170 ~-150 dB之间，其发射幅压值135 dB，可通过成阵提高发射指标。研究结果为开发新型钹式声学装置提供了依据。

超高速水下航行器航向控制方法

罗凯, 党建军, 王育才, 张宇文

2009, 17(6): 054-57. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.012

[摘要](1919) [PDF 440KB](1414)

摘要:
针对超高速水下航行器巡航阶段的超空泡运动特性及其具体运动条件下的特点，考虑发动机推力偏心会造成航向误差，建立了航行器水平面运动方程，分析了其欠阻尼运动特性，提出了基于比例积分算法的极限操舵方式对超高速水下航行器实施航向控制的方法，此类控制方法在确保航向准确性的同时保证了超空泡的稳定性，且简单易实现，鲁棒性好，数字仿真证明该方法的有效性。

基于VxWorks的网络与串口通信转换

段培贤

2009, 17(6): 058-61. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.013

[摘要](1772) [PDF 452KB](581)

摘要:
当前大部分武器只具备简单的串行通信接口，无法与舰上火控系统通过以太网进行通信，尤其在有些武器设备中，一个以太网接口需要管理多个带串行通信接口的设备，这用一般的转换器无法实现。针对这一问题，基于VxWorks平台，在ARM硬件环境下，设计了一个嵌入式的专用转换设备，可以将多个武器设备中的串行数据和火控系统的一个网络接口进行信息桥接，并针对武器系统的特殊要求，在软件设计上，使用实时任务调度方式保证了信息传递的可靠性和实时性，从而建立了武器同舰上火控系统的连接。试验结果表明，该通信转换设备工作可靠，实时性强，完全能满足武器系统的要求，提高了武器系统的作战能力。

一种粒子滤波SINS大方位失准角初始对准方法

李慧平, 张福斌, 徐德民, 卢淑娟

2009, 17(6): 062-66. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.014

[摘要](1975) [PDF 545KB](644)

摘要:
针对捷联惯导系统大方位失准角的情况，分析了系统非线性误差模型，提出了基于最优重要性分布函数的序贯重要性采样粒子滤波（SIS-PF）初始对准方法，并进行了仿真研究。仿真结果表明，在大方位失准角初始对准中，基于最优重要性分布函数的序贯重要性采样粒子滤波器初始对准精度比无迹卡尔曼滤波器（UKF）提高了一个数量级，与序贯重要性重采样粒子滤波（SIR-PF）初始对准相比，该方法不但精度高，而且计算量小。

鱼雷涡轮机减速系统设计新方法

朱允进, 钱志博, 武雷

2009, 17(6): 067-70. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.015

[摘要](1454) [PDF 424KB](627)

摘要:
针对以往鱼雷涡轮机减速系统设计中的不足，根据鱼雷涡轮发动机的工作特性，确定减速系统传动类型和传动级数，推导出齿轮体积与传动比之间的数学模型，运用结构参数与空间布局耦合的新方法，建立了多级齿轮传动系统的空间布局优化数学模型，采用非支配排序遗传算法-II(NSGA-II)完成了空间布局方案的优化设计，在满足约束条件的情况下，得到了齿轮系统结构参数和空间布局坐标。计算结果表明，该方法在减速系统设计中具有很好的工程应用价值。

基于MFC的鱼雷作战能力仿真系统设计

宫国田, 张江, 潘逊

2009, 17(6): 071-74. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.016

[摘要](1403) [PDF 604KB](649)

摘要:
介绍了基于微软基础类（MFC）的声自导鱼雷作战能力仿真系统的设计及实现过程，根据通用软件设计流程规范，通过系统需求分析、方案设计、详细设计和系统测试等步骤实现了该仿真系统。实现的仿真系统可以以鱼雷命中概率为评价指标，有针对性地研究和解决鱼雷设计中的自导搜索策略与弹道优化组合，以及作战使用过程中的相关问题，以提高鱼雷作战能力。系统使用了可视化界面实现了仿真参数的任意设定，并将仿真结果以数据表格和图形的方式进行反馈，降低了系统使用的专业门槛，增强了使用的便利性，同时也提高了系统的使用效率，为自导系统搜索策略设计及鱼雷弹道设计提供分析工具和参考。

潜艇使用噪声干扰器规避鱼雷攻击最优航向仿真研究

李本江, 李贵彬, 魏敬广

2009, 17(6): 075-78. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2009.06.017

[摘要](2050) [PDF 397KB](676)

摘要:
潜艇使用噪声干扰器后的航向规避关系到水声对抗的效果和潜艇的规避成功概率。为了提高潜艇规避概率，该文建立了声自导鱼雷蛇行弹道搜索模型，根据噪声干扰器原理和鱼雷主动声纳探测原理，分析了潜艇在使用噪声干扰器的条件下, 潜艇目标强度和潜艇航向对鱼雷主动声纳探测的影响。仿真结果表明，潜艇在不同距离使用噪声干扰器时的最优航向（方位±舷角）随潜艇与鱼雷之间初始距离变化而不同，呈现分段变化规律，其最优舷角范围在110. ~130. 之间。该结果旨在为水声对抗中的潜艇机动决策提供参考。

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