水下无人系统学报

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姜军, 宋保维, 潘光, 常明

2011, 19(5): 321-324. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.001

[摘要](1608) [PDF 273KB](800)

摘要:
超低速自主式水下航行器(AUV)是AUV技术研究的新领域。如何在超低速(<0.5 kn)情况下获得良好的航行稳定性能是超低速航行器技术研究的主要内容之一。针对超低速小型AUV的水下布放与回收的特点, 提出了一种基于回转体外形的超低速小型航行器外形及流体动力布局设计方案, 着重解决AUV在超低速航行的高稳定性要求, 经过理论估算和FLUENT软件仿真验证, 仿真结果满足设计要求, 对深入研究低速高稳定性小型水下航行器具有重要的参考价值。

水下航行器板壳结构阻尼设计方法

李伟生, 周宇涛

2011, 19(5): 325-331. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.002

[摘要](1630) [PDF 464KB](604)

摘要:
鱼雷壳体、潜艇外壳、自主式水下航行器(AUV)舱壁等薄壳结构的抗振保护和噪声控制是确保其可靠完成任务的重要指标, 而上述薄壳结构又是由不同几何尺寸的板壳结构组合而成。本文利用模态阻尼比的提取方法对阻尼夹层板壳进行有限元计算, 将阻尼减振结构应用到壳体设计上, 并对不同阻尼结构、材料、厚度以及分布位置等方面的减振效果进行了分析计算, 结果表明, 该方法在航行体壳体减振设计方面具有很好的应用前景。

水雷出水攻击弹道规划与仿真

袁绪龙, 刘维, 李兵, 王亚东

2011, 19(5): 332-336. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.003

[摘要](1710) [PDF 218KB](724)

摘要:
在信息战和网络战条件下, 水雷出水攻击目标可以大幅增大封锁半径, 并且将封锁领域从水面扩展到低空, 从而可大大提高主动攻击水雷的作战效能。分析了水雷出水攻击作战过程的特点, 提出了水雷出水攻击弹道方案和弹道规划方法, 并就3种典型作战态势进行了弹道仿真, 结果表明, 该弹道方案可以使水雷有效命中目标, 从理论上证实了弹道方案的可行性。研究成果可为工程设计人员提供参考。

新概念认知声纳初步研究

李晓花, 李亚安, 崔琳, 刘望生

2011, 19(5): 337-343. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.004

[摘要](1776) [PDF 154KB](719)

摘要:
传统主动声纳系统在处理目标反射回波时, 没有考虑到声纳接收机感知的环境信息和目标特性的先验知识对发射机的影响, 发射信号参数固定, 因此很难获得理想的探测结果。本文通过对声纳基本原理和关键技术的深入研究, 受蝙蝠回声定位系统的启发, 从理论上提出了一种基于知识理论的智能声纳系统方案——认知声纳。它能够根据环境变化和对目标特性的先验知识对发射机和接收机进行联合自适应控制, 使声纳系统工作处于最优状态, 提高对水下目标信号的探测和识别能力。

基于分数阶Fourier变换累积量的目标检测算法

胡光波, 何席兵, 甘新年

2011, 19(5): 344-348. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.005

[摘要](1048) [PDF 303KB](610)

摘要:
传统的信号检测和噪声分离方法只限于在时域或是频域进行, 如果信号和背景噪声有很强的时频耦合, 就难以在时频域得到好的检测结果。对此提出了分数阶Fourier变换累积量算法, 该算法具有解除时频耦合和抑制噪声的特性, 当选择合适的旋转角度使之与处理信号相匹配, 就可以在分数阶Fourier域获得较好的检测结果。仿真结果表明, 分数阶Fourier累积量算法的检测性能优于分数阶Fourier变换和4阶累积量算法, 展现了分数阶Fourier变换累积量算法有优越的信号处理性能。

基于径向基神经网络的水声微弱信号检测

孟宪超, 刘纯武, 刘晔

2011, 19(5): 349-354. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.006

[摘要](1542) [PDF 213KB](531)

摘要:
为了克服传统随机信号处理手段检测水声微弱信号的缺陷, 提高水声微弱信号检测效率, 详细分析了海洋混响噪声的混沌特性, 将混沌理论中相空间重构理论与径向基神经网络相结合建立了预测模型, 从模型预测值与实际观测值的绝对误差中检测出微弱谐波信号频谱值, 通过解算获取回波信号包含目标信息, 从而提出了一种海洋混响混沌序列预测方法。相比传统随机信号处理手段检测水声微弱信号的方法, 本文建立的预测模型克服了将背景噪声简化作白噪声的低信噪比检测缺陷, 检测结果准确, 检测效率高, 适用于水声微弱信号检测。

基于基频提取的舰船目标识别系统设计

姚振轩, 张效民, 赵延安, 郭思明

2011, 19(5): 355-359. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.007

[摘要](1697) [PDF 263KB](746)

摘要:
随着高性能扫雷具等干扰目标的不断涌现, 为了区分舰船目标和扫雷具目标, 研究了一种舰船基频提取方法。该方法利用舰船基频在信号的低频段存在多次谐波的特点, 通过计算信号低频段的功率谱, 提取低频段存在的线谱, 并利用差频估计算法提取信号存在的基频信息。通过对大量实测数据的分析, 总结了扫雷具与舰船目标在低频段功率谱中存在的不同特征, 利用这些特征改进了差频估计算法, 并在数字信号处理上实现了相关的线谱提取方法和改进的差频估计算法, 设计了一个舰船基频提取系统。经过试验验证, 该系统能够有效区分舰船目标与干扰(扫雷具)目标, 且功耗很低, 识别算法全速运行时仍小于100 mW。

远程AUV近水面运动纵向模糊滑模控制

沈建森, 周徐昌, 高璇

2011, 19(5): 360-364. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.008

[摘要](1485) [PDF 259KB](659)

摘要:
针对自主水下航行器(AUV)近水面航行过程中波浪扰动的问题, 研究了模糊滑模控制在AUV近水面纵向运动控制中的应用。在AUV六自由度非线性模型的基础上进行合理的近似和简化, 建立了线性化纵向运动方程。根据随机长峰波理论和波浪谱密度函数对AUV受到的波浪力和力矩进行了数值计算和仿真。基于滑模控制方法设计了AUV纵向运动控制器, 对1阶波浪力扰动下的深度控制性能进行了分析, 并通过在滑模控制器的基础上引入模糊逻辑解决1阶波频扰动引起的控制输入高频抖动问题。近水面深度控制计算机仿真结果表明, 所设计的模糊滑模控制器在保持良好的控制性能的基础上能够达到减弱舵角高频抖动的目的。

多约束条件下UUV空间航迹规划

严浙平, 赵玉飞, 陈涛

2011, 19(5): 365-369. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.009

[摘要](1541) [PDF 246KB](637)

摘要:
针对多约束条件下无人水下航行器(UUV)空间航迹规划问题, 提出了结合安全曲面和威胁地图的规划方法, 建立了水下安全航行曲面, 将3D空间规划降为2D航向平面规划, 以解决3D规划空间过大的问题。并对敌对威胁和地形威胁统一化处理, 构建威胁地图, 引入威胁代价和威胁程度启发因子, 最后运用A*算法进行航迹搜索, 以获得最优航迹。仿真结果显示, 所提出的航迹规划算法简便、快速, 生成的航迹能满足地形跟随、地形回避和威胁回避的需要。

鱼雷涡轮机叶片顶部气封流场数值研究

伊进宝, 赵卫兵, 师海潮

2011, 19(5): 370-375. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.010

[摘要](1549) [PDF 565KB](759)

摘要:
通过求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组, 数值计算了带气封围带结构的鱼雷涡轮机动叶顶部间隙内部3D流场及特性, 研究了不同气封结构形式对涡轮机通流效率和动叶顶部泄漏流动的作用, 比较了迷宫式气封不同齿数下动叶间隙泄漏气流的流动特性, 分析了迷宫式气封齿数对鱼雷涡轮机通流效率和泄漏特性的影响。研究表明, 在叶片顶部间隙中采用气封结构能够有效减小燃气泄露流量, 提高涡轮机通流气动性能; 在相同气封齿数下, 迷宫式气封结构要比一般梳齿型气封结构密封效果好; 迷宫气封通过气流在气封齿间空腔形成的3D涡流, 将气流动能转化为热能, 从而起到密封效果; 气封齿数越多, 密封效果越好, 对涡轮机通流性能的改善也越大。

一种基于最小二乘法的鱼雷推进电机参数辨识方法

王崇武, 解佳鹏, 李宏

2011, 19(5): 376-379. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.011

[摘要](1252) [PDF 199KB](617)

摘要:
鱼雷推进电机在运行过程中, 由环境温度改变引起的电机参数 (包括电阻、电感、风阻系数等) 变化会对控制性能造成不确定的影响。本文以电机的微分方程为基础, 直接构造基于最小二乘法的目标函数, 从而得到电机参数。该方法原理简单、运算量小、实时性高、适用范围广, 特别是无需特定的激励源, 只需采用脉宽调制激励源就可以得到理想的辨识效果, 避免了伪随机序列激励对系统运行造成的影响。

新型柱塞式摆盘发动机力学特性分析

田兵, 练永庆, 王树宗, 马世杰

2011, 19(5): 380-384. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.012

[摘要](1013) [PDF 234KB](446)

摘要:
传统的活塞式摆盘发动机由于和摆盘连接处的受力和约束条件的复杂性, 都没有从根本上解决此处振动噪声过大的问题, 为了降低鱼雷发动机噪音, 提出了一种新型柱塞式摆盘发动机。介绍了该新型发动机的基本结构与工作原理, 分析了其力学特性, 包括柱塞相对于缸体及摆盘的运动规律, 在柱塞受力分析的基础上建立了柱塞的力平衡方程, 结合柱塞式发动机的结构推导了柱塞最小含接长度与柱塞总长之比的关系式, 为新型柱塞式摆盘发动机的结构设计提供了理论依据。该发动机在摆盘上没有约束机构, 柱塞在工作过程中产生自转, 可以起到改善润滑、减小摩擦和降低噪声的作用。

热动力鱼雷发动机的摩擦噪声研究

梁伟阁, 张振山, 朱锐

2011, 19(5): 385-390. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.013

[摘要](1102) [PDF 155KB](479)

摘要:
噪声强度是热动力鱼雷的重要战技指标之一, 为了充分发挥热动力鱼雷的战斗功效, 在分析比较国内外摩擦噪声研究现状和方法的基础上, 介绍了以试验、仿真方式展开对热动力鱼雷发动机摩擦噪声的研究方法, 详细分析了摩擦系统的Stribeck曲线, 列出了影响发动机摩擦噪声的参数, 给出了摩擦噪声的描述公式。最后, 结合摩擦学三公理, 探讨了热动力鱼雷发动机摩擦噪声研究的3个方向, 即摩擦噪声产生机理研究, 热动力鱼雷摩擦噪声量化研究, 磨粒的产生过程、大小和数量以及对摩擦噪声的作用研究。

自航式声诱饵对抗声自导鱼雷作战能力仿真分析

叶浩亮, 刘明雍, 高江

2011, 19(5): 391-395. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.014

[摘要](1156) [PDF 235KB](605)

摘要:
使用自航式声诱饵对抗自导鱼雷、优化其对抗作战方案是进行理论研究和潜艇防御作战的重要问题。针对潜艇发射自航式声诱饵对抗主动声自导鱼雷作战态势, 采用均匀设计试验法和时间序列仿真法, 依据潜艇、鱼雷和自航式声诱饵之间的位置、状态, 主动声纳方程以及鱼雷捕获命中目标的判据, 对不同报警距离和报警舷角下潜艇的生存概率进行了仿真计算, 并对仿真结果进行分析后得出了有利于潜艇生存的规避方式, 对于自航式声诱饵对抗声自导鱼雷无论是从理论研究、试验设计还是作战层面来讲, 都具有重要的参考意义。

一种潜艇直航鱼雷攻击低速水面舰艇的方法

李长军, 王顺意

2011, 19(5): 396-400. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.05.015

[摘要](1169) [PDF 247KB](350)

摘要:
针对如何有效攻击低速航行的水面舰艇, 提出了使用直航鱼雷或自导鱼雷直航方式攻击低速水面舰艇的方法, 建立了直航鱼雷双雷平行航向齐射命中概率模型, 利用蒙特卡洛法对直航鱼雷或自导鱼雷直航方式攻击低速水面舰艇的命中概率进行了仿真计算。仿真结果表明, 在2 000~4 000 m距离内, 当潜艇占领目标舷角50°~80°区域时, 采用直航鱼雷双雷平行航向齐射, 对航速低于12 kn的水面舰艇的齐射命中概率为0.5。

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2011年第19卷第5期

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