水下无人系统学报

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弋辉, 张宇文, 袁绪龙, 王亚东

2011, 19(4): 241-245. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.001

[摘要](1211) [PDF 376KB](648)

摘要:
试验研究射弹在水下带空泡高速运动存在诸多限制, 为了获得水下高速射弹的空泡形态和阻力系数的变化规律, 分别采用CFD仿真软件和应用基于空泡截面独立扩张原理建立的公式来研究水下高速射弹的空泡形态及阻力特性。研究结果表明, 仿真计算结果与公式计算结果吻合良好; 随着空化数的减小, 空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大; 在小空化数下, 空泡前部形态基本不变, 阻力系数主要为压差阻力系数, 其值基本不变。提出了水下高速射弹外形设计步骤: 公式计算初步建立模型—仿真计算修改模型—试验确立模型, 旨在为射弹的外形设计提供参考。

曲面离散载荷在仿真分析中的施加方法

徐新栋, 李建辰, 曹小娟, 龚平

2011, 19(4): 246-249. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.002

[摘要](1463) [PDF 731KB](728)

摘要:
针对有限元仿真分析中曲面上大量离散分布载荷施加困难的问题，提出了基于曲线拟合和线性插值的曲面分区拟合法，应用于由单调曲线回转而成的轴对称曲面上，求出载荷值沿各曲面分区的函数表达式，并通过表达式进行快速有效加载，提高了有限元前处理的效率。在模型风洞试验仿真分析中对该方法进行了应用验证，结果表明, 该方法简单有效且能保证较高的精度。

入水参数对自导深弹攻潜弹道的影响与分析

程善政, 叶利民, 李宗吉, 田兵

2011, 19(4): 250-254. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.003

[摘要](1071) [PDF 408KB](665)

摘要:
为分析自导深弹的攻潜弹道, 建立了自导深弹在纵平面内的弹道数学模型, 利用MATLAB/Simulink软件对不同入水参数下深弹攻击作匀速直线运动的目标潜艇的弹道进行了仿真, 仿真结果表明, 攻击同一目标时, 入水参数对自导深弹水下攻潜的弹道影响较大。该结果对空投自导深弹的战术使用有一定的参考价值。

一种优化的舰船基频特征提取算法

刘义海, 张效民, 赵延安, 郭思明

2011, 19(4): 255-259. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.004

[摘要](1182) [PDF 385KB](707)

摘要:
舰船目标的轴频是表征其目标类别的一种本质特征, 有效地提取这种特征可以提高对水中目标的检测能力。本文基于多重自相关的目标推进器噪声的基频分析, 利用1D 模糊处理的方法求取了基频分布频段中各频点基频出现的置信度, 通过对目标噪声基频分析中的线谱分量及线谱分量对应频点的置信度阈值门限实现对舰船目标基频特征的提取, 完成对目标的检测识别。利用海上多种型号和多种工况目标的大量实录数据检验结果表明, 文中基于多重相关功率谱和信息融合置信度阈值的基频提取方法对水中目标的检测具有良好效果, 检测概率达到。

鱼雷航速对潜艇鱼雷报警距离的影响分析

曹震卿, 贾跃

2011, 19(4): 260-262. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.005

[摘要](1075) [PDF 254KB](967)

摘要:
针对双速制反潜鱼雷在潜艇鱼雷报警声纳作用下的作战使用问题, 由辐射噪声经验公式分析了鱼雷航速的变化对其辐射噪声强度的影响。根据被动声纳方程, 在鱼雷航速变化情况下, 研究了潜艇鱼雷报警声纳对双速制鱼雷报警距离的变化规律。计算结果表明, 鱼雷报警距离随鱼雷航速增加而增加, 提出了双速制鱼雷作战使用中应注意航速设置, 以低速航行来降低潜艇的鱼雷报警距离, 从而增强鱼雷的隐蔽性以及攻击的成功率, 为鱼雷攻潜战术研究提供参考。

鱼雷自导声对接式目标模拟器设计与实现

杨占龙, 陈航, 王新宏, 戚茜

2011, 19(4): 263-267. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.006

[摘要](1665) [PDF 885KB](692)

摘要:
现有的大多数水下目标模拟器(包括针对声纳和鱼雷自导)在设计时均未考虑信号接收端的换能器基阵特性, 为能在陆上试验室条件下全面测试鱼雷自导系统性能, 设计并实现了一种基于声对接方式的鱼雷自导目标模拟器, 介绍了声对接式目标模拟器的组成及其相应功能, 设计了阵元信号模拟器与声对接装置, 完成了并行处理系统的硬件开发、声对接基阵与换能器阵元设计及声匹配材料的选取。通过对研制的声对接式目标模拟器的性能测试, 并利用自导头通过声耦合对生成的阵元信号进行检验, 结果证实了以声对接方式设计并实现的目标模拟器的可行性和有效性。该目标模拟器克服了对声学部件建模不精确所带来的影响, 减少了鱼雷自导系统水下试验的次数, 具有很好的实用价值。

实测宽带阵列流形快速获取方法

郭涛, 吴亚军

2011, 19(4): 268-270. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.007

[摘要](1231) [PDF 336KB](642)

摘要:
针对传统阵列流形获取方法在宽带阵列流形获取中测试时间长和信号处理复杂的缺点, 提出了基于快速傅里叶变换（FFT）的实测宽带阵列流形的快速获取技术, 该技术结合实际水下声接收基阵, 由测量数据得到实测阵列流形, 进而利用此实测阵列流形进行波束形成, 并通过仿真数据和实测数据对比研究了该方法的可行性和有效性。与传统实测阵列流形的获取方法相比, 该方法具有测量快速、运算简单等特点。试验结果表明, 该方法对于宽带声学基阵的波束优化和实测流形具有重要的工程应用价值。

海流干扰作用下欠驱动AUV航路点跟踪控制

夏梁盛, 严卫生

2011, 19(4): 271-275. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.008

[摘要](1338) [PDF 337KB](670)

摘要:
针对海流干扰作用下欠驱动自主水下航行器(AUV)的航路点跟踪控制问题, 建立了水平面内欠驱动AUV三自由度数学模型, 以相对于水流的前向速度和角速度为虚拟输入, 设计了航路点跟踪控制的运动学控制律, 然后基于反演方法设计了动力学控制律, 得到控制力和控制力矩。在航路点跟踪控制仿真研究中, 指定AUV依次通过惯性坐标系内一系列航路点, 仿真结果表明, 所设计的控制律有效, 欠驱动AUV能较好的完成航路点跟踪任务, 并到达最终目标点。

基于图像声纳SLAM算法在AUV组合导航中的应用

刘明, 张严, 徐德民

2011, 19(4): 276-281. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.009

[摘要](1438) [PDF 504KB](1084)

摘要:
为了在有限的体积、功耗及成本范围内提高自主水下航行器(AUV)远程、深海导航定位精度, 提出了将基于图像声纳的同时定位与地图创建(SLAM)方法应用于AUV水下组合导航系统, 利用图像声纳获取AUV与地形特征点之间的距离和3D方位数据, 结合捷联惯性导航系统(SINS)得到的导航数据, 通过扩展卡尔曼滤波(EFK)方法对载体状态和地图状态进行连续并行估计和量测, 将得到的误差估计反馈回SINS进行修正, 可抑制其随航行时间和距离增加的姿态、速度和位置误差。此外, 在地形特征点向量中加入声学尺寸元素, 可提高特征识别的准确性。仿真结果表明, 在持续观测到有效的地形特征点条件下, 惯导误差得到了较好抑制, 特别是在AUV返程或往复巡航过程中, 重复观测到同一地标时, 可大幅提高水下组合导航的定位精度。

捷联惯导系统传递对准中的时间补偿算法

徐翔

2011, 19(4): 282-284. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.010

[摘要](1396) [PDF 231KB](592)

摘要:
为了减小或消除时间延迟的影响, 提高系统动基座传递对准精度, 提出了一种捷联惯导系统传递对准过程中对主、子惯导间信息传输时间延迟的补偿算法。该算法利用子惯导导航解算过程中的相关数据和延迟时间, 对传递信息中因时间延迟产生的误差进行补偿修正, 并用修正后的主惯导信息进行动基座传递对准。车载试验结果证明, 该方法可有效提高系统传递对准精度, 减小传递对准时间, 补偿算法有效可行。

基于虚拟样机技术的鱼雷周转斜盘发动机动力学分析

李鑫, 王志刚, 万荣华, 彭博, 雷云龙

2011, 19(4): 285-289. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.011

[摘要](1313) [PDF 612KB](749)

摘要:
为了在鱼雷发动机的设计阶段进行正确选型, 基于虚拟样机技术, 建立了不同型式周转斜盘发动机的动力学模型, 包括静缸式直导槽发动机、转缸式直导槽发动机、静缸式“8”字导槽发动机和转缸式“8”字导槽发动机, 并运用ADAMS软件对以上型式的发动机动力学性能进行了仿真分析。仿真结果表明, 从发动机的总体启动性能、自平衡性、关键零部件之间的受力状态以及工作平稳性等方面综合考虑, 转缸式直导槽周转斜盘发动机相比较其他型式的发动机, 可基本实现自平衡, 转速输出波动不大, 在工程上应优先采用。

氢氧能源在鱼雷动力系统的应用途径与前景展望

赵军, 单晓亮

2011, 19(4): 290-294. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.012

[摘要](909) [PDF 270KB](720)

摘要:
氢氧能源是鱼雷能源最具发展潜力的方向之一。结合现代鱼雷发展趋势, 提出了氢氧能源在鱼雷热动力系统和电动力系统上的应用途径, 并在效率、可靠性、经济性等方面对这2种应用途径进行了比较, 讨论了这2种应用途径均面临的问题——氢气和氧气的制取方法, 最后对采用氢氧能源动力系统的安全和调节问题进行了分析。由分析可知, 氢氧能源动力系统不仅可以提高鱼雷的航速、航程和适应大的航深变化, 而且可以改善鱼雷的隐身性和可靠性, 具有广阔的发展前景。

密闭电池舱段温度场数值仿真

李尉, 宋保维, 胡欲立

2011, 19(4): 295-298. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.013

[摘要](1019) [PDF 4834KB](549)

摘要:
针对锂离子电池在密闭电池舱段内大功率、长时间连续组合放电时会产生大量热量, 可能严重影响电池舱段的工作效率和安全性能的问题, 采用ANSYS软件对水下航行器电池舱段内部温度场分布建立了数学模型, 并进行了仿真分析。仿真结果显示, 水下航行器电池舱段以40 A连续工作2.5 h时, 最高温度低于临界温度(150 ℃), 表明锂离子电池组在该工况下能够维持热安全。

基于混沌蚁群算法的鱼雷集成电机推进器电机优化设计

王鼎, 谢顺依, 连军强

2011, 19(4): 299-302. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.014

[摘要](1561) [PDF 443KB](643)

摘要:
针对集成电机推进器(IMP)一体化结构要求电机功率密度大, 效率高的特点, 采用将混沌优化算法嵌入蚁群算法的混合智能优化算法——混沌蚁群算法(CACA)对集成电机推进器特种电机设计方案进行优化, 该方法充分利用以上2种优化算法的优点, 即蚁群算法的高精度和混沌算法的快速性。优化结果显示, 优化后的设计方案使电机效率提高了1.6%, 有效体积缩小了5.6%, 使电机能更好地适应高启动场合要求, 优化效果良好, 可为鱼雷IMP特种电机的设计提供参考。

舰机协同使用火箭助飞鱼雷攻潜中的舰艇占位方法

曲延明, 杨军, 周明, 姜凯峰

2011, 19(4): 303-306. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.015

[摘要](1653) [PDF 243KB](626)

摘要:
针对舰机协同使用火箭助飞鱼雷对潜作战中的兵力安全问题, 通过分析火箭助飞鱼雷射击禁区及目标定位对舰机协同兵力位置的影响, 从舰艇安全和目标定位的角度出发, 重点研究了水面舰艇编队反潜队形配置、队形变换及脱离禁区的方法, 为火箭助飞鱼雷对潜作战中水面舰艇合理占领阵位提供了依据。本文研究的成果对火箭助飞鱼雷作战使用研究具有一定的参考价值。

火箭助飞式声干扰器和悬浮式深弹协同对抗线导鱼雷建模与仿真

贾跃, 姚奉亮, 丁贝

2011, 19(4): 307-311. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.016

[摘要](1462) [PDF 285KB](644)

摘要:
首次提出了使用火箭助飞式声干扰器和悬浮式深弹组合协同防御潜射线导鱼雷战术, 根据线导鱼雷射击原理, 仿真估算了导引艇的舷角, 建立了单枚火箭助飞式声干扰器和悬浮式深弹这一软硬反鱼雷武器组合协同防御潜射线导鱼雷的数学模型, 利用运筹学中的优化方法确定了两型武器的布放策略及舰艇的规避航向, 并对使用软硬武器协同对抗与单一软对抗的对抗成功概率进行了仿真比较, 结果表明, 使用软硬武器协同对抗效果显著, 较单一使用软对抗线导鱼雷的成功概率提高了20%~36%。

一种信号稀疏表示及其在气象传真图增强中的应用

周立佳, 钱志博, 徐冠雷

2011, 19(4): 312-317. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.017

[摘要](1231) [PDF 3783KB](542)

摘要:
舰艇在进行鱼雷试验和作战使用过程中, 需要以气象传真图作为鱼雷航行和作战的水文气象保障, 如何使气象传真图更加清晰可读成为急需解决的现实问题。提出了一种基于信号稀疏表示的针对海上气象传真图增强的新方法。该方法以气象传真图底图和固定的气象符号作为字典函数, 充分利用气象传真图的稀疏特性, 采用匹配追踪算法进行气象传真图稀疏表示, 并利用气象传真图的稀疏系数有效分离噪声。试验结果表明, 在气象传真图增强中, 该方法明显优于目前的图像增强方法。

潜艇磁场的估算与仿真

孙权, 唐劲飞

2011, 19(4): 318-320. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.04.018

[摘要](1151) [PDF 217KB](1021)

摘要:
潜艇磁场的分析估算与仿真对于开发诱饵、靶标和磁探仪具有重要的实际意义。本文分析了潜艇磁场旋转椭球体模型与磁偶极子模型, 估算了潜艇磁场的大小。在比较了高磁导率下空心球体与实心球体磁场差别的基础上, 提出了采用空心永磁体模拟潜艇磁场这一方法, 由此估算了永磁体模拟的基本参数。该方法为磁性探潜的理论研究与试验, 以及实现诱饵和靶标的潜艇磁场仿真功能提供了参考。

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2011年第19卷第4期

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