水下无人系统学报

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蔡年生

2010, 18(2): 081-87. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.001

[摘要](2219) [PDF 881KB](749)

摘要:
无人水下航行器（UUV）的长远发展计划使其对动力电池比能量的要求日益突出，而现有的常规一次电池及二次电池由于能量密度低不能满足该要求。该文详细介绍了UUV对动力电池的发展要求及动力电池的发展现状，通过对电池理论比能量和实际比能量的比较，得出了动力电池的发展与UUV长远要求之间存在的差距，展望了动力电池的发展趋势，半燃料电池和燃料电池已获得较高的实际比能量，由于其具有相当高的理论比能量，实际比能量还有较大的上升空间，最有希望满足UUV对动力电池的长远要求。

基于修正极坐标滤波的水下目标运动要素解算方法

李金龙, 尹韶平, 董春鹏

2010, 18(2): 088-90. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.002

[摘要](1830) [PDF 323KB](734)

摘要:
针对水面舰艇鱼雷防御系统中双基阵纯方位定位问题，提出了修正极坐标卡尔曼滤波算法，分析了方位数据测量误差和时空关联对跟踪性能的影响。仿真结果表明，修正极坐标滤波可以快速、稳定地完成目标运动要素的估计，且该算法的稳定性有所增强，适合于工程应用。

基于AutoSEA的鱼雷结构辐射噪声预报方法

刘凯, 朱石坚, 丁少春

2010, 18(2): 091-94. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.003

[摘要](1495) [PDF 514KB](623)

摘要:
鱼雷的结构辐射噪声预报是鱼雷声学设计的前提和基础，该文应用统计能量分析法（SEA）软件AutoSEA建立了鱼雷结构的统计能量分析模型，并结合算例预报了鱼雷结构的辐射噪声级，结果表明，该方法能有效应用在鱼雷结构的振动与声辐射特性分析上，具有较强的工程适用性和可操作性。

以太网在鱼雷信息传输中的应用

张静, 王志杰, 曹小娟

2010, 18(2): 095-98. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.004

[摘要](1424) [PDF 507KB](730)

摘要:
基于以太网的鱼雷电子系统具有较好的可测试性和维修性，便于软硬件系统升级，该文研究了雷内系统以太网节点划分,提出了一种基于以太网的鱼雷体系结构，改变了传统的复杂低效的信号传输状况，并采用VLAN简单方案对鱼雷内部信息传输的优先级、实时性问题进行了探讨，提出了VLAN网段管理方案。采用该方法有效解决了多主节点数据发送时可能存在的迸发现象，保证了雷内信息传输的可靠性。最后以雷内典型节点为例探讨了如何合理设计数据帧结构和确定信息优先级原则。

声纳低截获技术方法与策略研究

何惠江, 刘军凯, 刘雪辰, 梁志君

2010, 18(2): 099-103. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.005

[摘要](1901) [PDF 621KB](761)

摘要:
根据声纳低截获因子方程，结合雷达与通信领域低截获经验和声纳自身特点，提出了低截获信号发射和双基地（多基地）两项低截获声纳技术的实现策略。并围绕空、时、频以及能量这4大要素，介绍了低频信号技术、大时间带宽积技术、复合频（码）制技术、随机或非线性体制技术以及时频捷变技术等5项低截获声纳信号设计方法，深入分析了LPI波形的特性，设计出了一些具有良好低截获性能的波形，并以降频梳状信号（几何comb）和非线性调频脉冲串信号（NLFM）为例进行了仿真验证。结果表明，通过这种信号设计方法设计出来的信号具有较强的抗截获性能。

基于相关TOP矩阵的相干信源数盖氏圆估计方法

白峻, 申晓红, 王海燕, 张颖峰

2010, 18(2): 104-108. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.006

[摘要](1759) [PDF 517KB](571)

摘要:
大部分高分辨波达方向估计算法都是以特征子空间分解为基础的，所以正确估计信号源数对算法结果有效性起着至关重要的作用。该文提出了一种基于均匀线形阵列的相关Toeplitz矩阵构造方法，并结合盖氏圆半径法形成一种相干信源数估计的盖氏圆改进方法，将接收阵列各阵元与参考阵元输出信号做相关，得到一组相关向量，应用相关Toeplitz矩阵构造算法构造阵列输出的Toeplitz矩阵，从而得到去相干的盖氏圆估计矩阵，最后再应用盖氏圆准则完成相干信源数估计。仿真结果表明，本文所用相关Toeplitz矩阵构造算法达到了去相干的作用，扩展了盖氏圆半径法的应用范围，使得盖氏圆准则在不损失阵列有效孔径前提下,能够有效估计相干信源数目。

UUV靶场试验非同步水下被动声学跟踪算法

宋绪栋, 康文钰

2010, 18(2): 109-111. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.007

[摘要](1788) [PDF 308KB](736)

摘要:
在无人水下航行器（UUV）正式投入使用前，需要一系列的海上考核与验收，传统的合作式目标水下测量方法不利于远距离目标航行轨迹的监测。该文提出了一种新的靶场UUV水下跟踪方法，利用全球定位系统（GPS）确定初位置，并利用UUV上的固定连续声学发射频率信息，采用伪线性Kalman滤波进行UUV运动状态参量估计，对UUV进行了跟踪，给出了运动状态跟踪算法，并进行了仿真研究，研究结果表明，该方法可以很好地跟踪水下UUV的运动轨迹。

航船噪声引起的低频海洋环境噪声级发展趋势

石杰, 张效民, 侯铁双, 韩鹏

2010, 18(2): 112-116. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.008

[摘要](2128) [PDF 581KB](768)

摘要:
海试验洋环境噪声是影试验响所有水下声探测系统性能的主要干扰源，了解海洋环境噪声长期的发展规律对顺利开展水声探测，进行新的理论和方法的试验室论证具有重要的意义和价值。该文通过对大量文献的概括总结，给出了上个世纪50年代至今由于航船噪声引起的低频海洋环境噪声级变化过程，分析了海洋噪声的变化趋势及其造成这种变化的原因，认为远处航船噪声已被公认为产生低频海洋环境噪声的主要噪声源。本文的研究为系统地了解低频海洋环境噪声级的变化规律提供了参考。

主动声纳混沌回波的拓扑匹配滤波方法

周胜, 邓鹏

2010, 18(2): 117-122. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.009

[摘要](1800) [PDF 659KB](664)

摘要:
针对混沌回波难以采用传统频率滤波降噪的问题，将拓扑匹配滤波方法用于混沌回波处理。该方法利用了重构相平面轨迹与原始时间序列拓扑等价的原理，依靠回波信号相平面轨道已知这一先验知识，在相平面上进行匹配滤波，使受噪声污染的回波信号相平面轨迹与原始轨道趋于一致，从而将混沌信号提取出来，并采用栅格搜索对具体算法进行了优化。仿真结果表明，该方法在信噪比下降到0 dB仍有较好的滤波效果，针对随机噪声、混沌噪声和实际海洋环境噪声3种情况下的降噪处理都是适用的。这种方法可以实现2种宽带信号的分离，能有效地对混沌回波信号进行降噪。

一种基于单移动GPS智能浮标的AUV导航方法

张加全, 刘明雍, 李闻白

2010, 18(2): 123-127. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.010

[摘要](2129) [PDF 487KB](683)

摘要:
针对传统全球定位系统(GPS)辅助自主式水下航行器(AUV)导航的局限性，给出了一种基于单移动GPS智能浮标（GIS）的自主水下航行器（AUV）导航方法。利用超短基线（USBL）原理设计了AUV导航天线，通过该导航天线测量GIS与天线上水听器间的角度和距离，并由两者的向量关系和GIS的坐标位置导出了系统的量测方程。应用标准卡尔曼滤波（KF）解算水听器的坐标，进而求得AUV的位置坐标。仿真结果表明，该导航方法能较好地克服GPS在水下导航中的局限性，具有机动性好、隐蔽性强等优点，研究成果有望为AUV远程精确定位、路径规划和多AUV协同导航等方面提供理论基础。

尾流自导鱼雷断层和空穴运动仿真研究

黄文玲, 石能胜

2010, 18(2): 128-131. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.011

[摘要](1514) [PDF 477KB](666)

摘要:
舰船尾流中的断层和空穴对尾流自导鱼雷影响很大，严重时可能使鱼雷出现反向导引，导致鱼雷命中概率的降低和航程损失的增大。该文基于Matlab的多状态值仿真，分析了三波束尾流自导鱼雷在不同形状和尺寸的断层和空穴中的运动规律，及其鱼雷最大回旋角度的变化规律和相应的鱼雷弹道变化特点。仿真结果表明，较小尺寸（断层宽度小于等于7.25 m，空穴半径小于等于8.24 m）的断层和空穴对鱼雷运动没有影响，此时鱼雷回旋角等于0. ；当回旋角大于0. ，鱼雷在断层中的运动比空穴中的复杂。这为三通道尾流自导鱼雷对抗断层和空穴的程序弹道设计提供参考。

AUV舵面故障的直接自修复控制

柳其亮, 徐德民

2010, 18(2): 132-135. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.012

[摘要](1379) [PDF 362KB](694)

摘要:
为了提高水下航行器（AUV）控制系统的可靠性，提出了基于模型跟随法的直接自修复控制方案，通过寻找故障发生后立即产生作用且与故障的具体信息无关的直接自修复控制规律，使故障AUV迅速恢复正常工作状态。该方案无需故障辨识就可以实现多个舵面故障的完全自修复，在AUV无故障时对其性能没有任何损失，并对扰动有良好的纠偏能力。上述特点和结论均得到了数学上的严格论证和仿真结果的有效支持。

测磁传感器数据计算及可视化研究

周峰, 刘卫东, 李乐

2010, 18(2): 136-140. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.013

[摘要](1341) [PDF 643KB](674)

摘要:
为增强舰船的磁性防御能力需要定时对其进行消磁处理，这就要求技术人员在舰船消磁工程中准确，迅速地分析测磁传感器数据。该文模拟点阵式大平面法采集的测磁传感器数据，依照舰船磁场的磁偶极子阵列数学模型实现磁场数据的深度换算；将空间点阵式的磁偶极子阵列模型数据转化为2D数组数据，进行模型的空间面显示；利用磁场-灰度映射关系实现模型的4D可视化描述，为优化舰船磁场模型提供了准确且直观的依据；通过对测量面和换算面磁场数据的可视化描述，绘制其3D视图、等强线图和剖面图，为消磁技术人员监控测磁传感器工作和进行消磁电流决策，消磁效果评价提供了有力依据。

水下热动力系统半实物仿真研究

罗凯, 孙军亮, 党建军, 王育才

2010, 18(2): 141-145. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.014

[摘要](1735) [PDF 606KB](797)

摘要:
水下热动力半实物仿真试验台可提供仅次于鱼雷热动力系统热车功率试验置信度的试验手段。以实时仿真计算机、背压模拟装置、负载模拟装置、调速与驱动装置构成半实物仿真试验系统的核心，以比例和比例积分控制算法进行背压和负载压力的闭环控制，通过低通数字滤波改善数字仿真模型的稳定性，对数字仿真模型进行动态特性修正以实现半实物系统与实际系统特性的良好吻合，系统背压动态模拟精度达到了0.5%，转速和负载动态模拟精度达到了1.5%，整个半实物仿真系统获得了较高的模拟准确度。

空间矢量三相PWM整流器仿真

王崇武, 李宏

2010, 18(2): 146-151. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.015

[摘要](1585) [PDF 561KB](776)

摘要:
空间矢量调制（SVPWM）是三相PWM整流器中应用最广泛的控制方法。该文针对在同步旋转坐标系中采用电流解耦控制的PWM整流器，建立了基于SVPWM的三相PWM整流器的Matlab/Simulink模型，SVPWM采用相邻的离散矢量跟踪连续变化的参考矢量，其跟踪过程只对矢量作用时间有限制而对矢量的组合顺序没有要求，分析了SVPWM的不同空间矢量组合对三相PWM整流器的谐波和功率因数的影响。分析结果表明，三相SVPWM调制的交流侧具有良好的电流波形品质，且无功分量低，而两相SVPWM调制具有开关次数少，动态响应快，适合于大功率整流场合应用。

火箭助飞鱼雷空中禁区对舰载直升机引导阵位影响分析

门金柱, 周明, 王炳魁

2010, 18(2): 152-155. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.016

[摘要](1808) [PDF 320KB](770)

摘要:
为确保舰载直升机引导火箭助飞鱼雷对潜攻击时的安全，分析了火箭助飞鱼雷射击时空中禁区的形成原因，并提出了划分方法，在此基础上分析了舰载直升机的引导阵位，确定了舰载直升机对目标的可定位区域，得出了引导距离和引导角的取值范围。

鱼雷技术准备协同虚拟训练系统开发与实现

黄波, 张本生, 张永, 李文龙

2010, 18(2): 156-160. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2010.02.017

[摘要](1326) [PDF 774KB](719)

摘要:
传统实装上的鱼雷技术准备训练对装备器材、场地环境和人员等都有一定的要求，且会对装备造成不可避免的磨损，为部队的组训工作带来诸多问题，制约着技术保障水平的全面快速提升。该文基于VRML-JAVA构建，结合鱼雷技术准备训练的协同性和导演性提出了鱼雷技术准备协同虚拟训练系统构架，论述了3D场景的仿真，JAVA与VRML的通信技术，组部件的3D拆装以及面板的2D操作等关键技术。经使用考核表明，该系统符合实际训练需求，其良好的交互性可以满足各岗位、各科目的协同及独立模拟训练。系统运行稳定可靠和简单低廉的使用维护方式，使部队摆脱了传统训练模式下的种种束缚，为提升鱼雷技术保障水平提供了科学高效的训练平台。

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