水下无人系统学报

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

张思宇, 何心怡, 张驰, 祝琳, 陈双

2018, 26(6): 511-520. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.001

[摘要](1026) [PDF 418KB](681)

摘要:
水下多目标跟踪技术在军事和民用方面均有重要作用, 是军民融合发展中的重点技术。针对水下水文条件复杂、作用距离相对较小等不利因素, 文中根据跟踪滤波算法原理的不同, 分别论述了基于数据关联的水下多目标跟踪技术和基于随机有限集的水下多目标跟踪技术, 详细阐述了其目标运动模型、跟踪滤波方法和应用现状, 梳理了在水下实现多目标跟踪关键的数据关联技术和随机有限集技术的性能, 分析了由于漏报和虚警导致观测信息的不确定、跟踪过程中目标数量不确定和运动状态以及跟踪算法实时性差等3类技术瓶颈, 突显了建立统一的随机有限集框架描述跟踪问题解决该类瓶颈的优势。在此基础上, 根据作战使用和海洋开发的要求, 展望了水下多目标跟踪技术发展方向, 供相关研究人员参考。

国外水下预置武器发展及关键技术

杨智栋, 李荣融, 蔡卫军, 郑为

2018, 26(6): 521-526. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.002

[摘要](2307) [PDF 1200KB](2522)

摘要:
水下预置武器作为一种未来新型的水下攻防武器装备，将无人机、无人水下航行器、导弹及鱼雷等作战装备预先放置于大陆架、岛链等敏感海域并进行长时间潜伏，通过远程激活后执行侦察、打击及区域拒止等任务，该体系将岸-海-潜-空-天等资源根据作战任务进行整合，通过发挥整体优势来夺取未来水下战场空间。文章通过整理近年来国外公开报道的水下预置武器装备信息资料，分析其主要功能特点，概括提炼出包括远程激活技术、深海长时耐压防腐技术、预置载荷发射技术、隐蔽布放技术、深海探测侦察技术、水下组网通信技术、深海能源自持及补给技术和辅助决策技术等8项关键技术，旨在推动我国水下预置无人作战装备的构建。

不同头型鱼雷入水冲击载荷研究

刘华坪, 余飞鹏, 张岳青, 姜博太

2018, 26(6): 527-532. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.003

[摘要](2739) [PDF 2001KB](581)

摘要:
采用流体体积函数(VOF)多相流模型和动网格技术, 开展了不同长短轴比椭球头型鱼雷入水过程及水下航行的动态数值仿真研究, 分析了头型对鱼雷入水最大冲击载荷特性的影响, 建立了最大冲击载荷和入水动压及头型长短轴比之间的函数关系。仿真结果表明: 鱼雷最大冲击力与入水速度的平方成线性增加关系; 随着长短轴比的增加, 最大冲击力减小, 且其相对减小量也随之减小, 同时鱼雷在水下航行所受的阻力也会随长短轴比的增加而减小。研究结果可为鱼雷入水弹道和结构设计提供参考。

起伏海底掩埋目标声散射特性数值仿真

于福建, 王斌, 张培珍

2018, 26(6): 533-536. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.004

[摘要](710) [PDF 2278KB](440)

摘要:
基于COMSOL多物理场平台下的有限元数值计算方法, 完成收发分置条件下掩埋弹性目标声散射数值计算。运用高斯谱法建立起伏海底模型, 给出粗糙海底起伏高度、相关长度、掠射角等参数对掩埋目标声场特性的影响。结果表明, 在单一方向入射多点线阵上接收, 计算得到收发分置的信混比呈现起伏特性: 平坦或小起伏海底前向波形振荡剧烈且呈现准周期性, 随着海底粗糙程度增加, 起伏的规律性逐渐消失。当声波垂直照射海底时, 海底起伏的相关长度变化对散射能量瑞利方差影响较大, 而几乎不改变瑞利均值。斜入射时, 相关长度和起伏高度均是影响瑞利方差和均值的主要因素。研究成果为海底掩埋目标声探测提供了参考依据。

基于主惯导参数特性的传递对准调平方法

杨管金子, 李建辰, 黄海, 国琳娜

2018, 26(6): 537-542. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.005

[摘要](663) [PDF 671KB](338)

摘要:
初始对准时间作为一项重要指标, 直接关系到鱼雷在战场上的快速准备性能。传统对准算法及调平判据由于其内部参数一般固定不变, 一方面使得对准时间过长, 另一方面针对不同对准工况的适应性较差。文中提出一种基于主惯导速度注入参数和水平姿态角晃动参数特性的对准调平方法, 采用BP神经网络对该特性进行辨识, 实时自适应对内部特定参数进行在线更新, 在保证对准精度的同时, 以达到较快的滤波器收敛速度和不同工况下的及时调平判定。对比试验结果表明, 该方法能够有效地加快失谐角收敛速度, 且根据不同工况自适应设计调平判据, 可达到缩短初始对准时间的目的。

反蛙人杀伤弹人工散布射击方法仿真

寇祝, 任磊, 孙庆声

2018, 26(6): 543-548. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.006

[摘要](566) [PDF 495KB](473)

摘要:
针对反蛙人杀伤弹采用传统射击方法齐射效率不高的问题, 通过误差分析指出了影响齐射效率的原因, 提出了采用人工散布射击的解决方法, 给出了具体的人工散布射击方案及杀伤弹散布位置的计算模型, 并通过仿真计算, 对比分析了杀伤弹采用不同射击方法的齐射毁伤概率。仿真结果表明, 在目标距离较远时, 采用人工散布射击方法齐射杀伤弹的毁伤概率相比传统射击方法提高20%~25%左右, 为提高反蛙人杀伤弹作战能力提供了理论参考。

鱼雷舱段振动夹具动态特性仿真分析

王红瑞, 曹小娟, 尹韶平, 张志民, 单志雄

2018, 26(6): 549-554. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.007

[摘要](546) [PDF 1347KB](405)

摘要:
夹具作为鱼雷舱段振动试验系统中不可或缺的连接部件, 其动态特性直接影响振动试验的测试结果。文中针对3种鱼雷舱段振动试验夹具设计方案, 开展振动夹具动态特性的理论分析和有限元仿真, 通过数值计算其振动固有频率、振型和振动响应等, 对比分析不同振动夹具设计方案的动态性能优劣，最终确定满足鱼雷舱段振动试验传递性要求的夹具。并得出以下结论: 1) 夹具的刚度、固有频率及阻尼对其振动传递特性的影响最为突出; 2) 整体铸造成型的夹具比焊接成型和螺栓连接结构传递特性更好; 3) 基于动态特性设计的夹具能更好地保证振动能量不失真的传递。

自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷射击效率建模与仿真

孙常存, 袁鹏, 王旅

2018, 26(6): 555-560. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.008

[摘要](903) [PDF 463KB](405)

摘要:
为研究对抗条件下反潜助飞鱼雷的射击效率, 根据自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷典型对潜作战过程, 建立了潜艇使用自航式声诱饵对抗鱼雷的对抗模型, 分析了反潜助飞鱼雷反对抗策略, 并以捕获概率作为射击效率的评定指标, 建立了基于蒙特卡罗法的射击效率模型, 通过仿真计算, 定量分析了射击距离、射击方式以及对抗因素对射击效率的影响。仿真结果表明, 射击效率随射击距离的增大而减小,采用对目标前置点射击方式可有效提升射击效率, 研究结论可为研究反潜助飞鱼雷作战使用方法和发挥其作战效能提供参考。

一种基于IMU水下航行器发射出管运动参数测量方法及应用

梁奇兵, 吴飞, 施黎明, 张平, 赵海潇

2018, 26(6): 561-567. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.009

[摘要](533) [PDF 651KB](393)

摘要:
在各型水下航行器发射测试阶段, 准确测量水下航行器发射出管过程运动参数具有重要意义。文章提出一种采用惯性测量单元(IMU)实现水下航行器发射出管运动参数准确描述的方法, 其基本原理是通过IMU模块中的加速度计直接测量运动过程实时加速度信号, 速度和位移可通过加速度数值积分运算获得。为获得较准确的运动加速度测量值, 通过IMU中的陀螺仪实现水下航行器发射运动过程中的各轴运动偏转角测量, 并运用偏转角去除采集加速度信号中的重力分量, 消除加速度测量误差;另外对采集加速度信号进行去直流和趋势项预处理, 进一步提高加速度信号进行数值积分运算得到运动速度和位移值的准确性。基于以上理论分析, 搭建了试验测试系统并进行了多次重复试验, 结果表明, 该方法成功实现了水下航行器发射出管运动参数的准确描述。

基于潜射自导鱼雷射击优化模型的发现概率仿真计算

杨绪升, 尹文进

2018, 26(6): 568-574. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.010

[摘要](691) [PDF 1124KB](454)

摘要:
射击三角形是计算潜射鱼雷发射提前角的理论依据, 随鱼雷技术的发展和战场需要, 传统的鱼雷射击三角形的应用局限性日益显现。据此, 文中充分考虑了鱼雷实航速度变化和目标辐射噪声对鱼雷自导作用距离的影响, 提出有利于贴近实战的潜射声自导鱼雷的射击要素解算优化模型, 推导出提前角解算方法, 并依该模型进行鱼雷攻击弹道仿真和发现概率计算。结果显示, 该模型适用于广泛的战场态势, 可为工程应用提供有益参考。

基于专家综合评判的故障树底事件失效率计算方法

刘佳, 寇小明, 王凯国, 李鹏

2018, 26(6): 575-580. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.011

[摘要](612) [PDF 430KB](350)

摘要:
为提高鱼雷测试诊断能力和可靠性水平, 对关键舱段/系统进行故障树分析显得尤为重要。为解决实际工程中底事件精确失效率难以获得的问题, 提出一种基于专家综合评判的模糊失效率计算方法, 采用层次分析法和模糊数学相关理论计算底事件失效率。通过建立尾舱段“操舵速度异常”故障树, 进行底事件失效率分析计算, 验证了该方法的可行性。所计算出的失效率可以为故障树定量分析提供参考, 也可以为贝叶斯诊断推理提供先验概率。该方法可为工程实际中鱼雷测试诊断和维修保障工作提供参考。

特征协助的水声融合探测技术

韩一娜, 杨益新, 刘清宇, 马远良

2018, 26(6): 581-587. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.012

[摘要](967) [PDF 822KB](1123)

摘要:
为克服多基地声呐网络杂波率高、目标微弱、传感器检测概率低等问题, 业界日益重视特征协助的水声融合探测技术, 以利用回波特征与目标的相关性抑制杂波, 提供更适宜的探测输入。文章首先介绍了特征协助的水声融合探测技术的发展背景; 综述了国外特征协助跟踪的最新进展, 并基于探测前跟踪的思想, 重点讨论了基于回波特征协助的跟踪前预处理技术; 同时进一步回顾了国内在多基地声呐定位、跟踪、回波特征提取与信息融合等相关方面的贡献; 最后指出该领域尚待进一步研究的内容, 包括获取测试数据的原型系统、适用的信号与信息处理技术、自动融合与跟踪能力的提高。

基于CS和随机声呐阵列的水下目标方位估计

张红梅, 陈明杰, 刘洪丹, 孙希威

2018, 26(6): 588-595. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.013

[摘要](688) [PDF 543KB](563)

摘要:
针对线性被动声呐的水下目标方位估计问题, 考虑到水下目标的方位相对于所有可能的探测方位是稀疏的这一事实, 采用压缩感知(CS)技术设计目标的方位估计方法。依据CS理论中的互不一致性(MIP)条件, 构造了一种阵元稀疏且随机分布的线列阵声呐结构。对以上设计的方位估计方法和声呐阵列信号进行了仿真。仿真结果表明, 采用稀疏随机声呐阵列, 并结合基于CS的目标方位估计方法, 不仅能够在水下低信噪比的情况下准确分辨空间方位集中的多个目标, 而且能够在目标源信号相干的情况进行准确的方位分辨。

南海三维温盐结构对海水透明度的影响分析

邓美环, 郝增周, 龚芳, 陶邦一, 何贤强

2018, 26(6): 596-604. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.014

[摘要](657) [PDF 1144KB](683)

摘要:
无人水下航行器(UUV)试验作业、航行深度和航路选择等活动受海流、透明度、跃层、海水温度和盐度等海洋复杂水文环境的影响。研究结合卫星遥感和数值模式数据, 从信息流的角度分析了南海海域三维温盐结构对海水透明度(SDD)的影响及区域分布特征, 规避了在传统相关性分析中无法准确描述变量间因果影响关系的不足。结果表明, 因受高温低盐海域叶绿素浓度较高的影响, 表层盐度较低的中沙群岛及近岸海域, 其SDD主要受浅层海水盐度的影响; 表层高温低盐的南沙群岛附近海域SDD主要受20~30 m深处的海水温度影响; 表层高温高盐的西沙群岛附近海域SDD主要受60~70 m深处的海水温度和盐度影响; 由于受温度锋面和悬浮泥沙的影响, 吕宋海峡附近海域SDD主要受30~50 m深处海水温度的影响。水下三维海水温度和盐度的变化影响甚至会加剧SDD的变化, 因此建议UUV在航行和试验作业时应尽量选择最大SDD深度以下, 同时避开水下三维海水温度和盐度对SDD影响较大的深度, 以保证UUV航行的安全、可靠和隐蔽性。

基于最小二乘的被动声呐浮标多普勒最接近算法

张立琛, 张驰, 张晓亮

2018, 26(6): 605-611. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.015

[摘要](522) [PDF 711KB](311)

摘要:
为提高被动声呐浮标参数估计精度, 提出一种基于最小二乘的多普勒最接近算法。算法在新多普勒最接近算法基础上, 利用目标辐射噪声中特征频率的多普勒信息, 构建一个长方矩阵, 在最小二乘意义下, 计算目标最接近距离和速度。使用泰勒展开公式, 分析了算法的误差特性。计算机仿真及空气试验表明, 该算法可以正确计算出目标参数。与被动声呐浮标其他算法相比, 显著地提高了目标参数估计精度。

一种AUV移动OFDM水声通信系统设计

李斌, 郑思远, 曹秀岭, 童峰

2018, 26(6): 612-617. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.016

[摘要](791) [PDF 1324KB](474)

摘要:
针对水声信道多径效应和多普勒频偏对移动正交频分复用(OFDM)水声通信产生的严重载波间干扰(ICI)和码间干扰(ISI), 采用时频差分编码方案, 互相关函数方法进行多普勒估计, 变采样率重采样进行多普勒补偿, 设计并实现了一种面向自主式水下航行器(AUV)的、易于工程实现的低复杂度移动OFDM水声通信系统。该系统能够有效避免残余多普勒补偿的问题, 同时对多径信道表现出一定程度的稳健性。海试结果表明, 该系统可在浅海信道复杂多径和一定多普勒影响的条件下正常工作, 实现了移动OFDM水声通信。

跨介质水声网络试验平台设计与试验

郑思远, 李斌, 曹秀岭, 陈友淦, 童峰

2018, 26(6): 618-622. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.017

[摘要](667) [PDF 395KB](544)

摘要:
由于进行真实的水下网络系统试验较为困难, 近年来提出的众多专门针对水声网络的媒体接入控制(MAC)协议和路由协议大多只有仿真结果。为了便于在真实的水下环境中对通信性能、网络协议等研究进行评估分析, 以海洋环境立体监测中网络化环境参数获取作为应用背景, 设计并构建了一个跨介质水声网络试验平台, 实现了水下网络和岸上控制中心的连接, 介绍了水声网络平台技术方案及软硬件实现, 并进行了试验平台的湖试试验, 试验结果表明了该平台进行跨介质水声网络性能评估、测试的有效性。

基于元启发算法的纯方位被动定位方法

赵伟康, 韩一娜, 杨益新, 刘清宇

2018, 26(6): 623-627. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.018

[摘要](703) [PDF 777KB](506)

摘要:
传统的最小二乘的纯方位被动定位方法虽然运算简单, 但是定位结果不够可靠。基于此, 文中探究了利用元启发算法进行纯方位被动定位的可能性, 构建了相应的数学模型, 给出了具体的算法。通过对比该方法与传统方法的效果, 同时对该方法在水声观测环境下的应用进行仿真, 得出该方法的定位效果相较传统的最小二乘定位方法有显著的优势。

留言板

2018年第26卷第6期

本刊动态> >

下载中心> >

留言板

2018年 第26卷 第6期

本刊动态> >

下载中心> >

2018年第26卷第6期