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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0034
摘要:
近期俄乌战场上无人艇的运用被高度关注, 针对反无人自杀艇袭扰的考虑, 文中通过“无人对无人”的思想, 提出一种以无人艇、无人机等低成本平台为基础, 具备“协同赋能、自主管控、敏捷响应”的新型反水面无人自杀艇袭扰的概念。统筹运用多个轻量化、具备简单交互和自主决策能力的无人艇、无人机等无人平台, 通过分析典型水面无人自杀艇能力, 研究海空协同任务分配与规划以及跨平台协同侦察定位等关键技术, 构建新型侦察防御无人系统, 不仅能够全天候实时覆盖重点防御区域, 针对可疑入侵目标做到敏捷确认、即察即打, 还能够拓展高价值目标的防御纵深, 构建多层防御带, 应对无人自杀艇集群的“狼群”式袭击。
近期俄乌战场上无人艇的运用被高度关注, 针对反无人自杀艇袭扰的考虑, 文中通过“无人对无人”的思想, 提出一种以无人艇、无人机等低成本平台为基础, 具备“协同赋能、自主管控、敏捷响应”的新型反水面无人自杀艇袭扰的概念。统筹运用多个轻量化、具备简单交互和自主决策能力的无人艇、无人机等无人平台, 通过分析典型水面无人自杀艇能力, 研究海空协同任务分配与规划以及跨平台协同侦察定位等关键技术, 构建新型侦察防御无人系统, 不仅能够全天候实时覆盖重点防御区域, 针对可疑入侵目标做到敏捷确认、即察即打, 还能够拓展高价值目标的防御纵深, 构建多层防御带, 应对无人自杀艇集群的“狼群”式袭击。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0055
摘要:
自主水下航行器的应用领域广泛, 可在复杂且危险的水下环境中执行任务, 如海洋资源勘探、水域监测和区域拒止等。然而, 单个航行器搭载传感器的类型和数量有限, 无法满足水下环境任务多样、作业区域广以及作业时间长的需求。因此, 自主水下航行器集群组网技术的发展显得尤为重要。自主水下航行器借助水声通信、协同探测和控制决策等关键技术, 实现自主水下航行器的集群组网, 形成同构或异构集群进行协同作业。通过集群组网, 可以充分发挥不同航行器平台的能力优势, 实现多平台之间的信息共享、任务协同和资源整合, 从而自主完成更复杂的海上作业任务。这种集群化的作业方式不仅提高了任务执行效率, 还可降低作业成本, 并提升海洋领域的探测、监测和应对能力。文中介绍了国内外自主水下航行器集群组网研究现状, 总结了相关关键技术和挑战, 展望了未来发展趋势, 为开展自主水下航行器集群基础理论研究与实践应用研究提供参考。
自主水下航行器的应用领域广泛, 可在复杂且危险的水下环境中执行任务, 如海洋资源勘探、水域监测和区域拒止等。然而, 单个航行器搭载传感器的类型和数量有限, 无法满足水下环境任务多样、作业区域广以及作业时间长的需求。因此, 自主水下航行器集群组网技术的发展显得尤为重要。自主水下航行器借助水声通信、协同探测和控制决策等关键技术, 实现自主水下航行器的集群组网, 形成同构或异构集群进行协同作业。通过集群组网, 可以充分发挥不同航行器平台的能力优势, 实现多平台之间的信息共享、任务协同和资源整合, 从而自主完成更复杂的海上作业任务。这种集群化的作业方式不仅提高了任务执行效率, 还可降低作业成本, 并提升海洋领域的探测、监测和应对能力。文中介绍了国内外自主水下航行器集群组网研究现状, 总结了相关关键技术和挑战, 展望了未来发展趋势, 为开展自主水下航行器集群基础理论研究与实践应用研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0053
摘要:
海上无人系统跨域协同是未来海上无人系统发展的趋势和应用的重要方式。随着各种海上无人系统的快速发展和在世界局部战争冲突中的应用, 如何更好地使用海上无人系统跨域完成作战任务成为研究的重点。文中以不同空间域的海上无人系统为研究对象, 梳理总结了当前海上无人系统以及国外海上无人系统跨域运用的发展现状。重点针对海上无人系统的跨域协同运用基本原理和方法进行了分析, 提出了海上无人系统跨域协同运用的关键问题, 并在此基础上梳理了技术发展中需要重点关注的关键技术。最后提出了未来发展的几点启示, 以期为海上无人系统的跨域运用和技术发展提供参考和借鉴。
海上无人系统跨域协同是未来海上无人系统发展的趋势和应用的重要方式。随着各种海上无人系统的快速发展和在世界局部战争冲突中的应用, 如何更好地使用海上无人系统跨域完成作战任务成为研究的重点。文中以不同空间域的海上无人系统为研究对象, 梳理总结了当前海上无人系统以及国外海上无人系统跨域运用的发展现状。重点针对海上无人系统的跨域协同运用基本原理和方法进行了分析, 提出了海上无人系统跨域协同运用的关键问题, 并在此基础上梳理了技术发展中需要重点关注的关键技术。最后提出了未来发展的几点启示, 以期为海上无人系统的跨域运用和技术发展提供参考和借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0050
摘要:
面向海上跨域协同中多无人水下航行器(UUV)协同探测水面目标需求, 针对现有纯方位目标跟踪算法所面临的滤波器初始化困难和水声数据传输丢包问题, 提出了一种基于边界约束粒子滤波的多UUV协同纯方位目标跟踪算法。首先提出了主从式协同探测模型, 利用跟随者向领航者上报状态估计结果进行数据融合。其次, 基于UUV传感器和目标的先验信息设计了初始阶段可靠粒子生成方法和更新阶段的指标函数粒子权重优化方法。最后提出了基于灰色预测的分布式融合算法, 得到目标预测结果。仿真实验将所提算法和其他常见算法进行对比, 在通信丢包以及噪声干扰情况下验证了算法的有效性和可行性。
面向海上跨域协同中多无人水下航行器(UUV)协同探测水面目标需求, 针对现有纯方位目标跟踪算法所面临的滤波器初始化困难和水声数据传输丢包问题, 提出了一种基于边界约束粒子滤波的多UUV协同纯方位目标跟踪算法。首先提出了主从式协同探测模型, 利用跟随者向领航者上报状态估计结果进行数据融合。其次, 基于UUV传感器和目标的先验信息设计了初始阶段可靠粒子生成方法和更新阶段的指标函数粒子权重优化方法。最后提出了基于灰色预测的分布式融合算法, 得到目标预测结果。仿真实验将所提算法和其他常见算法进行对比, 在通信丢包以及噪声干扰情况下验证了算法的有效性和可行性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0026
摘要:
无人艇(USV)单平台执行水面任务易受平台限制, 构建无人艇-机跨平台系统能实现平台优势互补。文章通过研究无人艇-机起降及补能技术, 实现无人艇-机持久协同作业。首先, 针对无人机(UAV)在动态USV上起降问题, 开展无人艇-机协同定位起降技术研究, 研究了无人艇-机速度、位置状态信息动态更新模型, 实现了UAV在USV端高精度的起降; 其次, 针对UAV续航时间短的问题, 开展UAV在USV端补能研究, 研究了UAV端起降机构和USV端充电网机构, 实现了UAV着艇快速补能; 最后, 在海面验证该无人艇-机跨平台起降补能系统性能, 试验结果中, 无人艇-机系统能在3.0 m/s的高速运动状态下, 实现UAV在USV端的成功降落和补能, 满足海上无人艇-机跨平台执行任务场景的需求。
无人艇(USV)单平台执行水面任务易受平台限制, 构建无人艇-机跨平台系统能实现平台优势互补。文章通过研究无人艇-机起降及补能技术, 实现无人艇-机持久协同作业。首先, 针对无人机(UAV)在动态USV上起降问题, 开展无人艇-机协同定位起降技术研究, 研究了无人艇-机速度、位置状态信息动态更新模型, 实现了UAV在USV端高精度的起降; 其次, 针对UAV续航时间短的问题, 开展UAV在USV端补能研究, 研究了UAV端起降机构和USV端充电网机构, 实现了UAV着艇快速补能; 最后, 在海面验证该无人艇-机跨平台起降补能系统性能, 试验结果中, 无人艇-机系统能在3.0 m/s的高速运动状态下, 实现UAV在USV端的成功降落和补能, 满足海上无人艇-机跨平台执行任务场景的需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0043
摘要:
跨域无人集群作为一种颠覆性的未来全新作战模式, 其作战效能的发挥极大地受限于通信组网能力。近年来, 卫星互联网凭借其广覆盖、低延时、高宽带及低成本等技术优势, 在全球快速发展, 是进一步发展跨域无人集群作战模式的关键。文中针对未来水下无人系统的发展趋势和现实需求, 介绍了卫星互联网的发展、技术优势以及跨域无人集群的作战概念, 深入分析了卫星互联网支撑跨域无人集群作战的优势, 提出了结合卫星互联网技术与空域、海面、水下作战域无人集群相结合的空海跨域无人集群作战网络, 并综合分析给出了技术架构, 可为未来跨域无人集群作战研究提供参考。
跨域无人集群作为一种颠覆性的未来全新作战模式, 其作战效能的发挥极大地受限于通信组网能力。近年来, 卫星互联网凭借其广覆盖、低延时、高宽带及低成本等技术优势, 在全球快速发展, 是进一步发展跨域无人集群作战模式的关键。文中针对未来水下无人系统的发展趋势和现实需求, 介绍了卫星互联网的发展、技术优势以及跨域无人集群的作战概念, 深入分析了卫星互联网支撑跨域无人集群作战的优势, 提出了结合卫星互联网技术与空域、海面、水下作战域无人集群相结合的空海跨域无人集群作战网络, 并综合分析给出了技术架构, 可为未来跨域无人集群作战研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0036
摘要:
随着海上多平台远洋部署和强敌对抗形势日益严峻, 依托于短波、超短波、微波等单频段海上无线通信技术已不能满足海上跨域协同作战对多链融合组网、动态资源分配和体系化抗干扰的通信保障需求。文中提出一种基于宽频认知层叠网的新型多链融合网络通信架构, 采用综合射频一体化前端进行宽频带射频资源管理, 通过统一带宽、统一时隙、统一时空形成数据链融合元模型, 在此基础上采用软件通信体系后端进行多链融合和层叠组网, 通过宽带频谱感知、认知频谱接入和任务驱动自适应组网等技术实现对空海潜等海上多域通信环境的动态适应和强敌对抗环境的认知决策, 可提升海上通信网络扩展、跨域传输和抗干扰通信能力。文中对宽频认知层叠网的关键技术进行了深入研究, 给出了宽频认知层叠网的可行技术途径, 可为本领域的体系架构设计和技术研究提供参考借鉴。
随着海上多平台远洋部署和强敌对抗形势日益严峻, 依托于短波、超短波、微波等单频段海上无线通信技术已不能满足海上跨域协同作战对多链融合组网、动态资源分配和体系化抗干扰的通信保障需求。文中提出一种基于宽频认知层叠网的新型多链融合网络通信架构, 采用综合射频一体化前端进行宽频带射频资源管理, 通过统一带宽、统一时隙、统一时空形成数据链融合元模型, 在此基础上采用软件通信体系后端进行多链融合和层叠组网, 通过宽带频谱感知、认知频谱接入和任务驱动自适应组网等技术实现对空海潜等海上多域通信环境的动态适应和强敌对抗环境的认知决策, 可提升海上通信网络扩展、跨域传输和抗干扰通信能力。文中对宽频认知层叠网的关键技术进行了深入研究, 给出了宽频认知层叠网的可行技术途径, 可为本领域的体系架构设计和技术研究提供参考借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0032
摘要:
无人系统集群凭借其协调度高、完全自主、群体智能等显著特点, 可直接影响并改变海上作战样式, 世界各海洋强国竞相开展异构无人装备协同运用研究, 文中重点分析当前世界海上异构无人集群协同运用发展现状及典型作战运用案例, 分析总结其特点, 最后提出未来海上异构无人集群协同运用发展的启示建议。
无人系统集群凭借其协调度高、完全自主、群体智能等显著特点, 可直接影响并改变海上作战样式, 世界各海洋强国竞相开展异构无人装备协同运用研究, 文中重点分析当前世界海上异构无人集群协同运用发展现状及典型作战运用案例, 分析总结其特点, 最后提出未来海上异构无人集群协同运用发展的启示建议。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0017
摘要:
航行器出水过程极其复杂, 伴随着多相流、空化、相变、湍流不稳定性, 其所受作用力呈现强的非定常、非线性。国内外对于航行器带空泡出水问题的研究, 多为航行器垂直或者倾斜出水, 关注点往往在于航行器运动轨迹及姿态, 超空泡航行器出水过程研究较少, 本文基于STAR-CCM+软件, 采用重叠网格技术进行网格划分, 使用VOF模型捕捉气液交界面, Schnerr-Sauer模型描述航行器周围的空化过程, 建立了航行器出水过程的数值计算模型。对航行器在不同航行条件(初始速度、初始水深、通气量)下的出水过程进行仿真计算, 得到了不同工况下的流场和空泡演化规律, 分析了超空泡航行器的流体动力特性与运动特性。仿真结果表明, 不同初始运动速度的航行器其水下运动呈现出2种不同的模式。不同水深下, 初始空化数不同, 在较深的水域航行器周围空泡更容易破裂; 加大通气量可以有效地改善空泡形态。
航行器出水过程极其复杂, 伴随着多相流、空化、相变、湍流不稳定性, 其所受作用力呈现强的非定常、非线性。国内外对于航行器带空泡出水问题的研究, 多为航行器垂直或者倾斜出水, 关注点往往在于航行器运动轨迹及姿态, 超空泡航行器出水过程研究较少, 本文基于STAR-CCM+软件, 采用重叠网格技术进行网格划分, 使用VOF模型捕捉气液交界面, Schnerr-Sauer模型描述航行器周围的空化过程, 建立了航行器出水过程的数值计算模型。对航行器在不同航行条件(初始速度、初始水深、通气量)下的出水过程进行仿真计算, 得到了不同工况下的流场和空泡演化规律, 分析了超空泡航行器的流体动力特性与运动特性。仿真结果表明, 不同初始运动速度的航行器其水下运动呈现出2种不同的模式。不同水深下, 初始空化数不同, 在较深的水域航行器周围空泡更容易破裂; 加大通气量可以有效地改善空泡形态。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
摘要:
近年来超空泡技术受到了国内外学者的广泛关注, 而极地冰区必然会对超空泡射弹的空泡演化及运动特性产生显著影响。针对极地环境下超空泡武器入水问题, 基于N-S方程引入VOF模型, 结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值方法。在此基础上, 开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程的模拟仿真, 分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明: 冰孔约束限制了孔内水域的流动, 以致空泡壁与孔壁直接接触, 从而使得背水面空泡壁呈弯曲状。同时, 冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷, 使得圆柱体水下速度加快衰减, 并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。然而, 随着圆柱体入水速度增大, 近壁面效应致使背水面空泡壁弯曲程度基本相似。此外, 圆柱体入水冲击载荷亦随之增大, 造成圆柱体水下速度更快衰减, 以及偏转角度逐渐增大。研究在冰孔约束下入水速度对于空泡演化及运动特性的影响规律, 可为极地超空泡武器入水稳定性提供一定的参考依据。
近年来超空泡技术受到了国内外学者的广泛关注, 而极地冰区必然会对超空泡射弹的空泡演化及运动特性产生显著影响。针对极地环境下超空泡武器入水问题, 基于N-S方程引入VOF模型, 结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值方法。在此基础上, 开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程的模拟仿真, 分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明: 冰孔约束限制了孔内水域的流动, 以致空泡壁与孔壁直接接触, 从而使得背水面空泡壁呈弯曲状。同时, 冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷, 使得圆柱体水下速度加快衰减, 并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。然而, 随着圆柱体入水速度增大, 近壁面效应致使背水面空泡壁弯曲程度基本相似。此外, 圆柱体入水冲击载荷亦随之增大, 造成圆柱体水下速度更快衰减, 以及偏转角度逐渐增大。研究在冰孔约束下入水速度对于空泡演化及运动特性的影响规律, 可为极地超空泡武器入水稳定性提供一定的参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0116
摘要:
为了更好地解释真实海洋环境中尾流的光散射特性, 探究在真实海洋环境中由于有机物薄膜引起的尾流气泡光散射特性的变化。基于Mie散射理论, 仿真了不同波长光入射时干净气泡、被蛋白质膜和脂质膜包裹的有机气泡的散射光强分布、散射系数、散射相函数及偏振度。仿真结果表明: 干净气泡和２种膜包裹的有机气泡的散射系数均在2.025上下震荡, 且有机气泡的振荡幅值明显大于干净气泡; 当散射角为180°时, 被油脂和蛋白质包裹的有机气泡的散射光强和散射相函数的值明显增大; 有机气泡可以增大散射系数震荡的幅值并增大背向散射强度。仿真结果可为实际海洋环境尾流探测提供理论与数据支撑, 也为海洋污染、水质勘探提供现实依据。
为了更好地解释真实海洋环境中尾流的光散射特性, 探究在真实海洋环境中由于有机物薄膜引起的尾流气泡光散射特性的变化。基于Mie散射理论, 仿真了不同波长光入射时干净气泡、被蛋白质膜和脂质膜包裹的有机气泡的散射光强分布、散射系数、散射相函数及偏振度。仿真结果表明: 干净气泡和２种膜包裹的有机气泡的散射系数均在2.025上下震荡, 且有机气泡的振荡幅值明显大于干净气泡; 当散射角为180°时, 被油脂和蛋白质包裹的有机气泡的散射光强和散射相函数的值明显增大; 有机气泡可以增大散射系数震荡的幅值并增大背向散射强度。仿真结果可为实际海洋环境尾流探测提供理论与数据支撑, 也为海洋污染、水质勘探提供现实依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0163
摘要:
空心弹是一种内部中空、流动特性复杂的弹丸, 以其轻便稳定和强大毁伤性能备受关注。在其入水过程中, 高速水射流的产生是影响空心弹入水的关键。因此, 研究空心弹通孔孔径对射流和入水特性的影响具有重要意义。文中建立了不同孔径的空心弹垂直入水仿真模型, 并对比了不同孔径弹丸的孔内压力特性与空泡发展差异。通过研究发现, 孔径比与初始碰撞时刻的孔内压力强度存在关联, 且随着孔径比的增加, 射流的高度与速度均有所降低, 这与空心孔内的压力梯度现象有关; 同时, 压力梯度的强度随着孔径比的增加而降低。文中还对空心弹空化现象发展进行了简要描述, 并对孔径比对空化现象的影响进行了分析, 可知随着孔径比的增大, 弹体产生的蒸汽量逐渐减少, 空泡闭合时间提前。
空心弹是一种内部中空、流动特性复杂的弹丸, 以其轻便稳定和强大毁伤性能备受关注。在其入水过程中, 高速水射流的产生是影响空心弹入水的关键。因此, 研究空心弹通孔孔径对射流和入水特性的影响具有重要意义。文中建立了不同孔径的空心弹垂直入水仿真模型, 并对比了不同孔径弹丸的孔内压力特性与空泡发展差异。通过研究发现, 孔径比与初始碰撞时刻的孔内压力强度存在关联, 且随着孔径比的增加, 射流的高度与速度均有所降低, 这与空心孔内的压力梯度现象有关; 同时, 压力梯度的强度随着孔径比的增加而降低。文中还对空心弹空化现象发展进行了简要描述, 并对孔径比对空化现象的影响进行了分析, 可知随着孔径比的增大, 弹体产生的蒸汽量逐渐减少, 空泡闭合时间提前。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0113
摘要:
明确潜射声自导鱼雷的发现概率, 对相关战术制定具有显著作用。传统解析算法和统计算法无法平衡概率评估的快速性和精确性, 针对此问题, 文中提出了一种基于高斯过程回归的发现概率评估模型, 以及基于解析模型的训练数据集生成方法, 并在特定态势下开展了发现概率评估的数值仿真。结果显示, 文中所提方法具有很好的评估效果, 可为相关战场决策提供理论支撑。
明确潜射声自导鱼雷的发现概率, 对相关战术制定具有显著作用。传统解析算法和统计算法无法平衡概率评估的快速性和精确性, 针对此问题, 文中提出了一种基于高斯过程回归的发现概率评估模型, 以及基于解析模型的训练数据集生成方法, 并在特定态势下开展了发现概率评估的数值仿真。结果显示, 文中所提方法具有很好的评估效果, 可为相关战场决策提供理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0007
摘要:
针对海洋环境下反制自杀式无人机饱和攻击问题, 文中研究了目标数量远超我方情况下的海空跨域无人平台协同反制策略, 提出一种结合改进的遗传算法与联盟形成博弈的协同算法。首先根据海空跨域无人平台攻击特性与运动特性, 结合最大最小策略设计代价函数; 然后结合任务需求对遗传算法进行改进, 对交叉和变异过程进行引导和限制, 在提升遗传算法效率的基础上生成可行的反制方案; 最后设计联盟形成规则, 通过联盟之间的成员变动使各联盟达到纳什稳定状态, 在算子数量较多的情况下仍能使反制方案被持续稳定优化。仿真对比实验表明所提策略具有可行性和优越性, 能在目标遭受饱和攻击时提供合理高效的反制方案, 可为大规模跨域无人集群作战研究提供参考。
针对海洋环境下反制自杀式无人机饱和攻击问题, 文中研究了目标数量远超我方情况下的海空跨域无人平台协同反制策略, 提出一种结合改进的遗传算法与联盟形成博弈的协同算法。首先根据海空跨域无人平台攻击特性与运动特性, 结合最大最小策略设计代价函数; 然后结合任务需求对遗传算法进行改进, 对交叉和变异过程进行引导和限制, 在提升遗传算法效率的基础上生成可行的反制方案; 最后设计联盟形成规则, 通过联盟之间的成员变动使各联盟达到纳什稳定状态, 在算子数量较多的情况下仍能使反制方案被持续稳定优化。仿真对比实验表明所提策略具有可行性和优越性, 能在目标遭受饱和攻击时提供合理高效的反制方案, 可为大规模跨域无人集群作战研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0165
摘要:
水下图像无监督增强技术多面向特定失真因素, 对于水下多类失真图像适应性略显不足; 图像的内容属性(结构)会随风格属性(外观)迁移变化, 导致增强效果不受控, 影响后续环境感知处理的稳定性和准确性。针对这一问题, 文中提出一种基于多域表征解耦的水下图像无监督可控增强方法。首先设计了多域统一的表征解耦循环一致对抗变换框架, 提高了算法对多失真因素的适应性; 其次构建了双编码-条件解码网络结构; 最后设计了多域属性表征解耦的系列损失, 提高了质量、内容、风格等属性表征的独立表达性和可控性。实验结果表明, 所提算法不仅可以消除水下图像的色差、模糊、噪声和低光照等多类失真, 还可通过线性插值的方式量化图像风格码对水下图像进行可控增强。
水下图像无监督增强技术多面向特定失真因素, 对于水下多类失真图像适应性略显不足; 图像的内容属性(结构)会随风格属性(外观)迁移变化, 导致增强效果不受控, 影响后续环境感知处理的稳定性和准确性。针对这一问题, 文中提出一种基于多域表征解耦的水下图像无监督可控增强方法。首先设计了多域统一的表征解耦循环一致对抗变换框架, 提高了算法对多失真因素的适应性; 其次构建了双编码-条件解码网络结构; 最后设计了多域属性表征解耦的系列损失, 提高了质量、内容、风格等属性表征的独立表达性和可控性。实验结果表明, 所提算法不仅可以消除水下图像的色差、模糊、噪声和低光照等多类失真, 还可通过线性插值的方式量化图像风格码对水下图像进行可控增强。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0142
摘要:
针对单个对抗性目标主动逃逸问题, 利用微分博弈理论建立了多智能体协同围捕问题博弈模型, 在含有距离项支付函数中引入由逃逸角构成的合围项, 从而降低目标中途逃逸的概率; 然后将围捕问题转换为求解可实现策略的优化问题, 利用粒子群优化算法求解满足纳什均衡的最优策略, 仿真和湖上试验结果均证明了基于粒子群的微分博弈围捕算法的有效性。
针对单个对抗性目标主动逃逸问题, 利用微分博弈理论建立了多智能体协同围捕问题博弈模型, 在含有距离项支付函数中引入由逃逸角构成的合围项, 从而降低目标中途逃逸的概率; 然后将围捕问题转换为求解可实现策略的优化问题, 利用粒子群优化算法求解满足纳什均衡的最优策略, 仿真和湖上试验结果均证明了基于粒子群的微分博弈围捕算法的有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
摘要:
为了提高矢量推进电机在深海探索中的稳定性与隐身性, 文中以表贴式永磁同步电机为基础, 结合周期扩频调制技术和改进型滑模观测器无位置控制技术, 提出了基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法。通过电机变载波频率、电机起动变速和负载突变仿真实验, 文中分析了所提控制方法的控制效果, 结果表明所研究控制方法转速估算准确, 对转速有良好的动态跟踪性能, 额定转速工况下转速估算误差率仅为0.32%, 0.5倍额定转速工况下转速估算误差率仅为0.09%, 且具有明显的高频谐波扩频抑制效果和良好的动态抗干扰性能。结合减少位置传感器带来的电机结构简化效果, 文中提出的控制方法可有效地降低深海矢量推进电机作业时的故障率, 减少易被探测的高次固定频率谐波, 提高了深海矢量推进电机的可靠性与隐身性, 为深海UUV提供高效可靠的动力保障。
为了提高矢量推进电机在深海探索中的稳定性与隐身性, 文中以表贴式永磁同步电机为基础, 结合周期扩频调制技术和改进型滑模观测器无位置控制技术, 提出了基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法。通过电机变载波频率、电机起动变速和负载突变仿真实验, 文中分析了所提控制方法的控制效果, 结果表明所研究控制方法转速估算准确, 对转速有良好的动态跟踪性能, 额定转速工况下转速估算误差率仅为0.32%, 0.5倍额定转速工况下转速估算误差率仅为0.09%, 且具有明显的高频谐波扩频抑制效果和良好的动态抗干扰性能。结合减少位置传感器带来的电机结构简化效果, 文中提出的控制方法可有效地降低深海矢量推进电机作业时的故障率, 减少易被探测的高次固定频率谐波, 提高了深海矢量推进电机的可靠性与隐身性, 为深海UUV提供高效可靠的动力保障。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0133
摘要:
X舵因具有优越的操纵性和安全性, 近年来被越来越多的应用于自主式水下航行器上。为了充分发挥X舵的容错能力, 提出一种面向舵故障的水下航行器容错运动控制算法, 并将其部署在一种X舵水下航行器原型上。容错运动控制算法由动力学控制和控制分配两部分组成。其中, 动力学控制中多闭环增量反馈控制算法的引入可以使输出的虚拟舵角指令平缓且平滑; 控制分配算法通过求解以分配误差和控制输出最小化为优化目标, 以舵故障、舵角饱和以及其他物理限制为约束条件的非线性规划问题, 实现了虚拟舵角向X舵执行机构控制输入的转换, 且赋予了X舵水下航行器容错运动能力。现场试验结果表明: 所提出的容错运动控制算法产生的舵角指令是平滑的, 且X舵水下航行器在舵故障后仍保持一定的航行控制能力, 这对设计应用于X舵水下航行器的容错操舵系统具有一定的指导意义。
X舵因具有优越的操纵性和安全性, 近年来被越来越多的应用于自主式水下航行器上。为了充分发挥X舵的容错能力, 提出一种面向舵故障的水下航行器容错运动控制算法, 并将其部署在一种X舵水下航行器原型上。容错运动控制算法由动力学控制和控制分配两部分组成。其中, 动力学控制中多闭环增量反馈控制算法的引入可以使输出的虚拟舵角指令平缓且平滑; 控制分配算法通过求解以分配误差和控制输出最小化为优化目标, 以舵故障、舵角饱和以及其他物理限制为约束条件的非线性规划问题, 实现了虚拟舵角向X舵执行机构控制输入的转换, 且赋予了X舵水下航行器容错运动能力。现场试验结果表明: 所提出的容错运动控制算法产生的舵角指令是平滑的, 且X舵水下航行器在舵故障后仍保持一定的航行控制能力, 这对设计应用于X舵水下航行器的容错操舵系统具有一定的指导意义。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0162
摘要:
水下遥控机器人(ROV)路径规划是水电站水下巡检作业的关键。针对电站水库下复杂环境及现有路径规划算法存在规划时间长、算法稳定性差、易陷入局部最优及生成路径不平滑等问题, 提出一种基于改进混合运动麻雀搜索算法的水电站ROV路径规划方法。首先, 引入佳点集改进麻雀种群初始化方法, 提高了种群多样性; 其次, 提出混合运动策略优化麻雀群体位置更新方式, 提高算法收敛精度及稳定性; 然后, 结合工程实际问题, 考虑水库下水流速度大、强磁场、障碍物以及投入成本等因素建立了包含时间成本、路径威胁、水流扰动和偏置函数的多元目标函数; 最后, 采用3次B样条插值得到最优光滑路径。仿真结果表明, 相较于其他路径规划算法, 所提方法在计算精度、收敛速度和稳定性方面表现更好, 适用于水电站水下巡检任务。
水下遥控机器人(ROV)路径规划是水电站水下巡检作业的关键。针对电站水库下复杂环境及现有路径规划算法存在规划时间长、算法稳定性差、易陷入局部最优及生成路径不平滑等问题, 提出一种基于改进混合运动麻雀搜索算法的水电站ROV路径规划方法。首先, 引入佳点集改进麻雀种群初始化方法, 提高了种群多样性; 其次, 提出混合运动策略优化麻雀群体位置更新方式, 提高算法收敛精度及稳定性; 然后, 结合工程实际问题, 考虑水库下水流速度大、强磁场、障碍物以及投入成本等因素建立了包含时间成本、路径威胁、水流扰动和偏置函数的多元目标函数; 最后, 采用3次B样条插值得到最优光滑路径。仿真结果表明, 相较于其他路径规划算法, 所提方法在计算精度、收敛速度和稳定性方面表现更好, 适用于水电站水下巡检任务。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0105
摘要:
在进行水中兵器减振降噪的研究过程中, 发现作为其重要传动部件的特种缓冲油缸是主要噪声源之一, 因此对特种缓冲油缸的缓冲装置设计尤为重要, 而对缓冲效果的预测是缓冲设计的核心问题。由于特种缓冲油缸工作情况的特殊性, 其大多数时间都处于待机状态, 当间隔很长时间后的一次启动, 缓冲腔内的液压油温度等于所处安装环境温度, 一次启动和后续启动之间缓冲腔内的液压油会有较大的温差。为了保证在极端温度条件下也能满足工作要求, 需对特种缓冲油缸进行了温度适应性研究。文中首先建立了特种油缸运动过程的数学模型, 在油液极端温度10±2 ℃、40±2 ℃, 供油压力7.5±0.2 MPa条件下, 利用Fluent进行了流场的数值仿真。然后在大型温度箱中, 进行温度适应性试验, 分别检测了2个极端温度条件下特种缓冲油缸的全行程运动时间和振动加速度级等参数。最后对比发现, 试验结果与理论分析相近, 也符合相应指标要求, 可为以后特种缓冲油缸的设计和减振降噪提供参考。
在进行水中兵器减振降噪的研究过程中, 发现作为其重要传动部件的特种缓冲油缸是主要噪声源之一, 因此对特种缓冲油缸的缓冲装置设计尤为重要, 而对缓冲效果的预测是缓冲设计的核心问题。由于特种缓冲油缸工作情况的特殊性, 其大多数时间都处于待机状态, 当间隔很长时间后的一次启动, 缓冲腔内的液压油温度等于所处安装环境温度, 一次启动和后续启动之间缓冲腔内的液压油会有较大的温差。为了保证在极端温度条件下也能满足工作要求, 需对特种缓冲油缸进行了温度适应性研究。文中首先建立了特种油缸运动过程的数学模型, 在油液极端温度10±2 ℃、40±2 ℃, 供油压力7.5±0.2 MPa条件下, 利用Fluent进行了流场的数值仿真。然后在大型温度箱中, 进行温度适应性试验, 分别检测了2个极端温度条件下特种缓冲油缸的全行程运动时间和振动加速度级等参数。最后对比发现, 试验结果与理论分析相近, 也符合相应指标要求, 可为以后特种缓冲油缸的设计和减振降噪提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
摘要:
舰船在航行过程中会产生尾流区域, 激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象, 通过对散射光的探测和分析, 能达到对舰船的探测与识别的目的。文中探究尾流气泡幕对激光传输特性的影响, 基于光纤光谱仪探测尾流气泡幕的光强变化。实验模拟了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5 cm以及距离水面15 cm和20 cm气泡幕的厚度分别为10 cm和15 cm时的尾流气泡幕光强变化, 同时也探究了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。实验结果表明, 随着压强的增大, 光强变化逐渐降低, 气泡浓度与气泡半径也随之增大; 气泡浓度越大, 光强变化越小; 随着压强的增大, 前向散射光强逐渐呈线性降低, 而后向散射光强则会随之增大。
舰船在航行过程中会产生尾流区域, 激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象, 通过对散射光的探测和分析, 能达到对舰船的探测与识别的目的。文中探究尾流气泡幕对激光传输特性的影响, 基于光纤光谱仪探测尾流气泡幕的光强变化。实验模拟了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5 cm以及距离水面15 cm和20 cm气泡幕的厚度分别为10 cm和15 cm时的尾流气泡幕光强变化, 同时也探究了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。实验结果表明, 随着压强的增大, 光强变化逐渐降低, 气泡浓度与气泡半径也随之增大; 气泡浓度越大, 光强变化越小; 随着压强的增大, 前向散射光强逐渐呈线性降低, 而后向散射光强则会随之增大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0126
摘要:
文中提出了神经模糊系统(NFS)建立航保系统的易损性模型, 将模糊规则引入神经网络的框架中, 建立系统任务可用能力评估模型。该方法结合了模糊逻辑的推理能力和神经网络的无限逼近函数能力, 建立真实系统的替代模型, 更具普适性。采用智能优化算法使得替代模型最大限度接近真实模型, 摆脱了系统中未知权重系数依赖于专家或经验的影响, 赋予模糊神经网络(FNN)学习能力。实验结果和分析表明评估的全面性和合理性模型, 可应用于航保系统能力评估研究。
文中提出了神经模糊系统(NFS)建立航保系统的易损性模型, 将模糊规则引入神经网络的框架中, 建立系统任务可用能力评估模型。该方法结合了模糊逻辑的推理能力和神经网络的无限逼近函数能力, 建立真实系统的替代模型, 更具普适性。采用智能优化算法使得替代模型最大限度接近真实模型, 摆脱了系统中未知权重系数依赖于专家或经验的影响, 赋予模糊神经网络(FNN)学习能力。实验结果和分析表明评估的全面性和合理性模型, 可应用于航保系统能力评估研究。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0125
摘要:
为了提升水下机器人的机动性和适应性, 增强其感知周围环境的能力是必要的。受动物触须的毛囊结构启发, 本文将液态金属与摩擦纳米发电机相结合, 提出了一种基于液态金属的摩擦电触须传感器(LTWS), 在浑浊度高、视距低的水环境中作为水下机器人光学与声学感知技术的补充, 提升水下机器人的信息感知能力。LTWS主要由碳纤维材料触须、硅胶囊套、触发器、记忆合金弹簧、传感单元、基座等组成, 碳纤维触须的细微偏转会驱动触发器靠近并挤压对应方向的传感单元, 进而产生电信号。LTWS的感知信号与触须横向位移呈线性关系, 灵敏度可达7.9 mV/mm。值得一提的是, 触碰频率对输出信号的影响较小。LTWS丰富了水下机器人的感知手段, 为实现海洋信息感知提供了新的思路。
为了提升水下机器人的机动性和适应性, 增强其感知周围环境的能力是必要的。受动物触须的毛囊结构启发, 本文将液态金属与摩擦纳米发电机相结合, 提出了一种基于液态金属的摩擦电触须传感器(LTWS), 在浑浊度高、视距低的水环境中作为水下机器人光学与声学感知技术的补充, 提升水下机器人的信息感知能力。LTWS主要由碳纤维材料触须、硅胶囊套、触发器、记忆合金弹簧、传感单元、基座等组成, 碳纤维触须的细微偏转会驱动触发器靠近并挤压对应方向的传感单元, 进而产生电信号。LTWS的感知信号与触须横向位移呈线性关系, 灵敏度可达7.9 mV/mm。值得一提的是, 触碰频率对输出信号的影响较小。LTWS丰富了水下机器人的感知手段, 为实现海洋信息感知提供了新的思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0131
摘要:
针对水下图像存在颜色偏差、对比度低及模糊等问题, 提出散射光补偿结合色彩保持与对比度均衡的水下图像增强方法。首先, 利用相对总变分模型分离图像结构层和纹理层。其中, 设计基于RGB空间映射的补偿系数矩阵校正结构层色偏, 并通过滤波分离与融合增强纹理层, 以防止图像的初始特征丢失, 增强后的纹理层与结构层叠加得到第一层输出; 然后, 在对比度均衡模块中, 基于空间变换进行保色对比度限制自适应直方图均衡化, 进一步提高对比度和亮度。最后, 将双层增强结构的结果图融合得到输出图像。通过在不同数据集上与各种经典及新颖的算法对比, 验证本文方法在平衡色差, 增强细节及去模糊等方面均具有更好效果, 对于水下无人系统视觉任务具有实际应用价值。
针对水下图像存在颜色偏差、对比度低及模糊等问题, 提出散射光补偿结合色彩保持与对比度均衡的水下图像增强方法。首先, 利用相对总变分模型分离图像结构层和纹理层。其中, 设计基于RGB空间映射的补偿系数矩阵校正结构层色偏, 并通过滤波分离与融合增强纹理层, 以防止图像的初始特征丢失, 增强后的纹理层与结构层叠加得到第一层输出; 然后, 在对比度均衡模块中, 基于空间变换进行保色对比度限制自适应直方图均衡化, 进一步提高对比度和亮度。最后, 将双层增强结构的结果图融合得到输出图像。通过在不同数据集上与各种经典及新颖的算法对比, 验证本文方法在平衡色差, 增强细节及去模糊等方面均具有更好效果, 对于水下无人系统视觉任务具有实际应用价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0149
摘要:
水下环境因受到光照、泥沙等影响, 在水下进行目标检测时通常更容易出现域偏移而导致检测精度下降。针对此现象, 文中提出了基于图诱导对齐的域自适应水下目标检测方法, 图诱导原型对齐(GPA)是通过区域建议之间基于图的信息传播得到图像中的实例级特征, 再导出每个类别的原型表示用于类别级域的对齐。通过上述操作可以很好地聚合水下目标不同的模态信息, 以此实现源域和目标域的对齐从而减少域偏移带来的影响。此外, 为了使神经网络专注于不同水域分布下的实例级特征, 还在其中添加了卷积块注意(CBAM)模块。实验结果证明, 水下环境中GPA能有效对齐源域和目标域中的实例特征, CBAM可以使网络更加注意图像中的实例特征, 提高检测精度。
水下环境因受到光照、泥沙等影响, 在水下进行目标检测时通常更容易出现域偏移而导致检测精度下降。针对此现象, 文中提出了基于图诱导对齐的域自适应水下目标检测方法, 图诱导原型对齐(GPA)是通过区域建议之间基于图的信息传播得到图像中的实例级特征, 再导出每个类别的原型表示用于类别级域的对齐。通过上述操作可以很好地聚合水下目标不同的模态信息, 以此实现源域和目标域的对齐从而减少域偏移带来的影响。此外, 为了使神经网络专注于不同水域分布下的实例级特征, 还在其中添加了卷积块注意(CBAM)模块。实验结果证明, 水下环境中GPA能有效对齐源域和目标域中的实例特征, CBAM可以使网络更加注意图像中的实例特征, 提高检测精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0062
摘要:
为了获取海流环境中自主水下航行器(AUV)的节能避障路径, 建立了包含海流场速度信息、水下地形障碍的三维动态海流环境模型; 基于航行能耗、AUV机动性能约束和障碍物约束, 建立增广目标函数, 提出了一种基于权重调节机制和随机游走特性的改进PSO-Lévy算法。将基于最佳阻尼比的参数调节策略和基于Lévy-flight过程的步长随机游走策略引入PSO算法, 通过概率执行粒子大步长游走操作以及对粒子惯性速度进行调控, 弥补了PSO步长短、跳出局部最优能力弱的劣势。仿真结果表明, 所提出的算法能在有效避开障碍物的同时利用海流信息规划出低能耗的最优路径。
为了获取海流环境中自主水下航行器(AUV)的节能避障路径, 建立了包含海流场速度信息、水下地形障碍的三维动态海流环境模型; 基于航行能耗、AUV机动性能约束和障碍物约束, 建立增广目标函数, 提出了一种基于权重调节机制和随机游走特性的改进PSO-Lévy算法。将基于最佳阻尼比的参数调节策略和基于Lévy-flight过程的步长随机游走策略引入PSO算法, 通过概率执行粒子大步长游走操作以及对粒子惯性速度进行调控, 弥补了PSO步长短、跳出局部最优能力弱的劣势。仿真结果表明, 所提出的算法能在有效避开障碍物的同时利用海流信息规划出低能耗的最优路径。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0104
摘要:
为探索脉冲爆轰水冲压发动机水下工作时导水器内燃气射流发展特性, 利用可燃气体的爆轰在水下受限空间内产生脉动气泡, 对爆轰管在圆筒形受限空间内的水下爆轰燃气射流进行了数值仿真与实验验证。基于雷诺时均基本方程组与k-epsilon两方程模型耦合VOF气液界面追踪方法的相输运方程建立受限空间中水下单次燃气射流流场流动模型, 使用OpenFOAM中的CompressibleInterFoam求解器对受限空间中脉冲爆轰燃气射流进行数值求解。结果表明: 受限空间对水下爆轰的前导激波的影响较小, 前导激波幅值与自由空间相比变化不大, 由爆轰燃气射流所引起的压力扰动大幅升高且持续时间明显增加, 受限空间中各处压力显著高于受限空间之外; 受限空间中燃气泡的脉动周期延长至60 ms左右, 然而受限空间径向尺寸对燃气泡的脉动周期影响较小。可见, 受限空间可提高水下爆轰管出口近场压力并延长燃气射流作用时间, 研究结果对脉冲爆轰水冲压发动机推力性能提升方法研究具有重要指导作用。
为探索脉冲爆轰水冲压发动机水下工作时导水器内燃气射流发展特性, 利用可燃气体的爆轰在水下受限空间内产生脉动气泡, 对爆轰管在圆筒形受限空间内的水下爆轰燃气射流进行了数值仿真与实验验证。基于雷诺时均基本方程组与k-epsilon两方程模型耦合VOF气液界面追踪方法的相输运方程建立受限空间中水下单次燃气射流流场流动模型, 使用OpenFOAM中的CompressibleInterFoam求解器对受限空间中脉冲爆轰燃气射流进行数值求解。结果表明: 受限空间对水下爆轰的前导激波的影响较小, 前导激波幅值与自由空间相比变化不大, 由爆轰燃气射流所引起的压力扰动大幅升高且持续时间明显增加, 受限空间中各处压力显著高于受限空间之外; 受限空间中燃气泡的脉动周期延长至60 ms左右, 然而受限空间径向尺寸对燃气泡的脉动周期影响较小。可见, 受限空间可提高水下爆轰管出口近场压力并延长燃气射流作用时间, 研究结果对脉冲爆轰水冲压发动机推力性能提升方法研究具有重要指导作用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0120
摘要:
面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求, 针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题, 从无模型控制的角度出发, 提出了一种适用于AUV的基于自抗扰理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。该算法针对2阶系统模型特性, 结合视线角制导重新设计控制输入准则函数对无模型自适应控制(MFAC)进行了改进, 解决了MFAC只适用于自衡系统的问题。引入跟踪微分器对期望信号进行指令平滑, 考虑未知复合干扰的影响设计了线性扩张状态观测器, 并在控制器中对估计扰动进行补偿, 并证明了所提控制器的稳定性, 提升了系统鲁棒性。在同样的干扰情况下, 文中控制方案相比传统比例-积分-微分控制器(PID)抗干扰能力提升了42.37%, 控制精度提高了45%, 表明ADRC-MFAC能够明显改善AUV的抗干扰性能, 提高路径跟踪精度。
面向自主水下航行器(AUV)精准回收的任务需求, 针对AUV运动中模型不确定性、易受环境干扰导致的路径跟踪精度不足的问题, 从无模型控制的角度出发, 提出了一种适用于AUV的基于自抗扰理论的无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法。该算法针对2阶系统模型特性, 结合视线角制导重新设计控制输入准则函数对无模型自适应控制(MFAC)进行了改进, 解决了MFAC只适用于自衡系统的问题。引入跟踪微分器对期望信号进行指令平滑, 考虑未知复合干扰的影响设计了线性扩张状态观测器, 并在控制器中对估计扰动进行补偿, 并证明了所提控制器的稳定性, 提升了系统鲁棒性。在同样的干扰情况下, 文中控制方案相比传统比例-积分-微分控制器(PID)抗干扰能力提升了42.37%, 控制精度提高了45%, 表明ADRC-MFAC能够明显改善AUV的抗干扰性能, 提高路径跟踪精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0031
摘要:
随着未来战争对鱼雷武器装备的研制和运用提出 “数字化、智能化、敏捷性”的新要求, 为解决鱼雷在传统基于文本研制模式下所面临的总体与分系统、设计过程与生产过程存在割裂, 致使发现错误不及时, 早期验证不充分, 信息传递不完整、模型数据不一致、验证范围不完整、过程追溯不清晰等切实问题, 为缩短鱼雷研制周期, 提高研制效率和质量, 文中结合先进系统工程方法, 融合新技术, 在对MBSE国内外实践应用研究的基础上, 提出基于MBSE的鱼雷武器装备数字化研制方法, 将MBSE思想方法与鱼雷技术特点和研发流程融合集成, 构建跨阶段、跨专业和跨层级的鱼雷全生命周期MBSE技术体系, 提出鱼雷MBSE数字化应用框架及技术路线, 提炼了基于MBSE 的鱼雷数字化研制过程中需要解决的主要关键技术。该方法可为鱼雷武器装备的数字化研制实践以及全面数字化转型提供参考。
随着未来战争对鱼雷武器装备的研制和运用提出 “数字化、智能化、敏捷性”的新要求, 为解决鱼雷在传统基于文本研制模式下所面临的总体与分系统、设计过程与生产过程存在割裂, 致使发现错误不及时, 早期验证不充分, 信息传递不完整、模型数据不一致、验证范围不完整、过程追溯不清晰等切实问题, 为缩短鱼雷研制周期, 提高研制效率和质量, 文中结合先进系统工程方法, 融合新技术, 在对MBSE国内外实践应用研究的基础上, 提出基于MBSE的鱼雷武器装备数字化研制方法, 将MBSE思想方法与鱼雷技术特点和研发流程融合集成, 构建跨阶段、跨专业和跨层级的鱼雷全生命周期MBSE技术体系, 提出鱼雷MBSE数字化应用框架及技术路线, 提炼了基于MBSE 的鱼雷数字化研制过程中需要解决的主要关键技术。该方法可为鱼雷武器装备的数字化研制实践以及全面数字化转型提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0108
摘要:
为探究不同温度及压力条件下锂六氟化硫(Li/SF6)燃烧现象及反应动力学参数, 利用激波诱导高压热载荷激励Li/SF6燃烧实验台测量了温度范围为830 ~1 400 K, 压力范围为0.8 ~11 atm时的点火滞燃期; 利用可视化实验段探究了Li/SF6燃烧过程、基本发光现象等规律; 利用着火滞燃期与温度和压力呈现出典型的Arrhenius依赖关系, 通过多元线性回归法得出反应动力学参数。研究结果表明, Li/SF6燃烧的点火滞燃期随温度、压力的升高而减少, 发光现象随压力升高由红色孤立火核逐渐转化为白色明亮火焰, 并结合实验测定的着火滞燃期求出了指前因子A、指数因子n和活化能Ea, 为明晰燃烧特性、构建数值模拟提供了重要依据。
为探究不同温度及压力条件下锂六氟化硫(Li/SF6)燃烧现象及反应动力学参数, 利用激波诱导高压热载荷激励Li/SF6燃烧实验台测量了温度范围为830 ~1 400 K, 压力范围为0.8 ~11 atm时的点火滞燃期; 利用可视化实验段探究了Li/SF6燃烧过程、基本发光现象等规律; 利用着火滞燃期与温度和压力呈现出典型的Arrhenius依赖关系, 通过多元线性回归法得出反应动力学参数。研究结果表明, Li/SF6燃烧的点火滞燃期随温度、压力的升高而减少, 发光现象随压力升高由红色孤立火核逐渐转化为白色明亮火焰, 并结合实验测定的着火滞燃期求出了指前因子A、指数因子n和活化能Ea, 为明晰燃烧特性、构建数值模拟提供了重要依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0047
摘要:
保持对海底地形的定高跟踪航行是无人水下航行器(UUV)执行海洋勘测和水下目标搜索任务时常采用的一种运动形式, 其核心是UUV如何对未知起伏的海底地形进行实时探测, 并基于探测信息在线、动态的生成跟踪路径, 以实现对地形的定高跟踪航行, 同时避免与地形发生碰撞。针对上述问题, 提出了一种基于前视声呐探测地形信息、基于多项式拟合动态生成跟踪路径的方法。首先, UUV利用前视声呐对海底地形进行实时探测, 对获得的地形探测数据进行仿射处理后, 得到具有离散特性的定高仿射数据。然后, 采用基于最小二乘准则的三次多项式方法对仿射数据进行拟合, 生成基于多项式函数描述的UUV地形跟踪航行路径。最后, 设计了一种包含声呐探测、数据仿射、路径生成和跟踪控制的动态执行框架, 实现UUV的实时地形跟踪航行任务。文中所提出的跟踪路径生成和动态执行框架通过对典型的海底“上坡”地形和“山地”地形跟踪的仿真验证, 证明了其有效性和可行性。
保持对海底地形的定高跟踪航行是无人水下航行器(UUV)执行海洋勘测和水下目标搜索任务时常采用的一种运动形式, 其核心是UUV如何对未知起伏的海底地形进行实时探测, 并基于探测信息在线、动态的生成跟踪路径, 以实现对地形的定高跟踪航行, 同时避免与地形发生碰撞。针对上述问题, 提出了一种基于前视声呐探测地形信息、基于多项式拟合动态生成跟踪路径的方法。首先, UUV利用前视声呐对海底地形进行实时探测, 对获得的地形探测数据进行仿射处理后, 得到具有离散特性的定高仿射数据。然后, 采用基于最小二乘准则的三次多项式方法对仿射数据进行拟合, 生成基于多项式函数描述的UUV地形跟踪航行路径。最后, 设计了一种包含声呐探测、数据仿射、路径生成和跟踪控制的动态执行框架, 实现UUV的实时地形跟踪航行任务。文中所提出的跟踪路径生成和动态执行框架通过对典型的海底“上坡”地形和“山地”地形跟踪的仿真验证, 证明了其有效性和可行性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0102
摘要:
针对鱼雷自导作用距离不确知情况下的有利提前角解算问题, 首先分析自导作用距离对鱼雷射击的影响, 指出当鱼雷的实际自导作用距离小于其装订值时, 解算得到的有利提前角会偏小, 并会导致鱼雷的发现概率明显降低。其次定义了鱼雷的加权平均发现概率, 在此基础上提出了一种最大化加权平均发现概率的有利提前角解算方法。然后基于最大熵原理, 给出了鱼雷实际自导作用距离的2种最大熵分布模型, 得到了该分布模型下的有利提前角求解公式。最后通过仿真得到了鱼雷自导作用距离不确知情况下的有利提前角。
针对鱼雷自导作用距离不确知情况下的有利提前角解算问题, 首先分析自导作用距离对鱼雷射击的影响, 指出当鱼雷的实际自导作用距离小于其装订值时, 解算得到的有利提前角会偏小, 并会导致鱼雷的发现概率明显降低。其次定义了鱼雷的加权平均发现概率, 在此基础上提出了一种最大化加权平均发现概率的有利提前角解算方法。然后基于最大熵原理, 给出了鱼雷实际自导作用距离的2种最大熵分布模型, 得到了该分布模型下的有利提前角求解公式。最后通过仿真得到了鱼雷自导作用距离不确知情况下的有利提前角。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0033
摘要:
针对遥控无人潜水器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题, 提出了一种基于径向基函数神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先, 对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法, 对于ROV内环速度控制采用指数趋近率的积分滑模控制方法; 其次, 为进一步改善滑模控制的抖振问题, 引入双曲正切函数作为滑模切换项; 然后, 利用径向基函数神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿; 最后, 利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性, 并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制, 并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。
针对遥控无人潜水器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题, 提出了一种基于径向基函数神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先, 对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法, 对于ROV内环速度控制采用指数趋近率的积分滑模控制方法; 其次, 为进一步改善滑模控制的抖振问题, 引入双曲正切函数作为滑模切换项; 然后, 利用径向基函数神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿; 最后, 利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性, 并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制, 并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0061
摘要:
视觉控制是通过视觉信息进行环境和自身状态感知的一种控制方式, 文中将该技术应用于水下航行器控制, 并对不同应用场景下的相关研究进展、难点与趋势进行分析。首先介绍水下航行器视觉控制技术发展现状与任务场景, 主要对水下图像增强、目标识别与位姿估计技术进行介绍, 并从水下视觉动力定位与目标跟踪、水下航行器对接及水下作业任务目标抓取等三个任务场景对水下航行器视觉控制技术发展现状进行总结和分析, 最后梳理了水下航行器视觉控制技术的难点与发展趋势。
视觉控制是通过视觉信息进行环境和自身状态感知的一种控制方式, 文中将该技术应用于水下航行器控制, 并对不同应用场景下的相关研究进展、难点与趋势进行分析。首先介绍水下航行器视觉控制技术发展现状与任务场景, 主要对水下图像增强、目标识别与位姿估计技术进行介绍, 并从水下视觉动力定位与目标跟踪、水下航行器对接及水下作业任务目标抓取等三个任务场景对水下航行器视觉控制技术发展现状进行总结和分析, 最后梳理了水下航行器视觉控制技术的难点与发展趋势。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0041
摘要:
针对自主水下航行器(AUV)系统不确定性及输入饱和问题, 提出了一种改进的自适应神经网络预设性能控制策略, 完成对期望轨迹的跟踪。首先, 引入非线性变换, 使位置误差始终处在预设时变范围内, 提高了控制精度, 并基于反步法和Lyapunov函数设计系统虚拟控制律; 然后, 利用神经网络技术处理系统模型未知参数, 并重构系统真实控制律, 使传统反步控制策略得以简化, 有效降低了计算复杂度, 并在Lyapunov稳定性理论的基础上, 证明了AUV系统的误差信号均有界; 最后, 与传统动态面控制方法进行对比, 仿真结果表明所提出的控制策略控制性能更好, 在考虑输入饱和情况下可有效克服不确定性对系统性能的影响, 实现对目标轨迹的有效跟踪。
针对自主水下航行器(AUV)系统不确定性及输入饱和问题, 提出了一种改进的自适应神经网络预设性能控制策略, 完成对期望轨迹的跟踪。首先, 引入非线性变换, 使位置误差始终处在预设时变范围内, 提高了控制精度, 并基于反步法和Lyapunov函数设计系统虚拟控制律; 然后, 利用神经网络技术处理系统模型未知参数, 并重构系统真实控制律, 使传统反步控制策略得以简化, 有效降低了计算复杂度, 并在Lyapunov稳定性理论的基础上, 证明了AUV系统的误差信号均有界; 最后, 与传统动态面控制方法进行对比, 仿真结果表明所提出的控制策略控制性能更好, 在考虑输入饱和情况下可有效克服不确定性对系统性能的影响, 实现对目标轨迹的有效跟踪。
