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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0062
摘要:
随着水下无人系统的快速发展, 水下关节电机作为水下机器人、水下机械臂等水下装备的核心驱动装置发挥着重要的作用。文中针对不同工作环境影响下导致的水下关节电机参数改变, 从而引起的电机控制的精确性和稳定性变差的问题, 开展电机多参数在线辨识研究。采用增加稳态工作点方法实现多参数的满秩辨识。同时, 为提高辨识方法的精度和鲁棒性, 研究了扩展卡尔曼滤波(EKF)方法和H∞方法在电机参数辨识方面的可行性, 进而提出了一种基于EKF和H∞的联合估计方法。通过仿真对比发现, 在参数辨识时, 所提出的联合估计方法相较于自适应EKF方法稳态标准差最大减少了84.7%, 相较于自适应H∞方法精确度最大提升了91.7%。验证联合估计方法优秀的鲁棒性和准确性, 可为水下关节电机的稳定高效运行提供理论和技术支撑。
随着水下无人系统的快速发展, 水下关节电机作为水下机器人、水下机械臂等水下装备的核心驱动装置发挥着重要的作用。文中针对不同工作环境影响下导致的水下关节电机参数改变, 从而引起的电机控制的精确性和稳定性变差的问题, 开展电机多参数在线辨识研究。采用增加稳态工作点方法实现多参数的满秩辨识。同时, 为提高辨识方法的精度和鲁棒性, 研究了扩展卡尔曼滤波(EKF)方法和H∞方法在电机参数辨识方面的可行性, 进而提出了一种基于EKF和H∞的联合估计方法。通过仿真对比发现, 在参数辨识时, 所提出的联合估计方法相较于自适应EKF方法稳态标准差最大减少了84.7%, 相较于自适应H∞方法精确度最大提升了91.7%。验证联合估计方法优秀的鲁棒性和准确性, 可为水下关节电机的稳定高效运行提供理论和技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0006
摘要:
考虑水下拒绝服务(DoS)攻击和声线分层效应的影响, 研究了基于水声传感器网络的目标追踪问题。首先考虑由水下传感器、水面浮标和水下目标组成的传感器网络架构。基于此, 构造了水下目标运动模型和水下拒绝服务攻击模型, 提出了一种改进的一致性无迹卡尔曼滤波水下目标追踪算法。进一步, 证明了追踪算法的收敛性, 推导了算法的克拉美罗下界。仿真和实验结果表明, 文中算法可以在水下环境有效进行目标追踪。
考虑水下拒绝服务(DoS)攻击和声线分层效应的影响, 研究了基于水声传感器网络的目标追踪问题。首先考虑由水下传感器、水面浮标和水下目标组成的传感器网络架构。基于此, 构造了水下目标运动模型和水下拒绝服务攻击模型, 提出了一种改进的一致性无迹卡尔曼滤波水下目标追踪算法。进一步, 证明了追踪算法的收敛性, 推导了算法的克拉美罗下界。仿真和实验结果表明, 文中算法可以在水下环境有效进行目标追踪。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092
摘要:
机械噪声中的辐射噪声会对声学探测型水下滑翔机声学探测性能产生严重影响, 针对这一问题, 文中将吸声结构引入水下滑翔机的辐射噪声降噪研究。首先建立不同吸声结构的理论模型, 根据微穿孔板和多孔材料吸声理论, 提出用于降低水下滑翔机辐射噪声的复合吸声结构, 并利用COMOSL软件对复合吸声结构进行仿真分析, 用于指导复合吸声结构的设计。结果表明: 多孔材料层-空气腔-微穿孔板层-并联空气腔的复合吸声结构在0~2 000 Hz内的效果最好, 其在200~1 200 Hz内的平均吸声系数为0.663, 能有效降低水下滑翔机特定工况下的辐射噪声, 减小自噪声的干扰, 提高声学探测滑翔机的探测水平。
机械噪声中的辐射噪声会对声学探测型水下滑翔机声学探测性能产生严重影响, 针对这一问题, 文中将吸声结构引入水下滑翔机的辐射噪声降噪研究。首先建立不同吸声结构的理论模型, 根据微穿孔板和多孔材料吸声理论, 提出用于降低水下滑翔机辐射噪声的复合吸声结构, 并利用COMOSL软件对复合吸声结构进行仿真分析, 用于指导复合吸声结构的设计。结果表明: 多孔材料层-空气腔-微穿孔板层-并联空气腔的复合吸声结构在0~2 000 Hz内的效果最好, 其在200~1 200 Hz内的平均吸声系数为0.663, 能有效降低水下滑翔机特定工况下的辐射噪声, 减小自噪声的干扰, 提高声学探测滑翔机的探测水平。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
摘要:
针对传统的威胁评估方法处理复杂战场态势数据时, 缺乏数据挖掘能力和神经网络算法解释性不足等问题, 文中提出了一种创新的解决方案: 基于可解释增强机(EBM)的无人水下航行器(UUV)对目标威胁评估模型。EBM作为一种先进的机器学习技术, 巧妙地融合了梯度提升与广义加性模型(GAM), 实现了线性模型的高可解释性与梯度提升算法的准确性的完美结合。文中对EBM模型的性能进行了全面评估, 并与其他几种主流机器学习方法进行了比较, 包括分类提升、自适应提升以及深度学习。通过仿真实验, 发现EBM模型在保持高可解释性的同时, 还展现出了卓越的准确率, 在威胁等级的识别上, EBM模型的准确度达到了98.10%。这一结果不仅验证了EBM模型在复杂战场态势分析中的有效性, 也为UUV的自主决策提供了坚实的理论基础和技术支持。
针对传统的威胁评估方法处理复杂战场态势数据时, 缺乏数据挖掘能力和神经网络算法解释性不足等问题, 文中提出了一种创新的解决方案: 基于可解释增强机(EBM)的无人水下航行器(UUV)对目标威胁评估模型。EBM作为一种先进的机器学习技术, 巧妙地融合了梯度提升与广义加性模型(GAM), 实现了线性模型的高可解释性与梯度提升算法的准确性的完美结合。文中对EBM模型的性能进行了全面评估, 并与其他几种主流机器学习方法进行了比较, 包括分类提升、自适应提升以及深度学习。通过仿真实验, 发现EBM模型在保持高可解释性的同时, 还展现出了卓越的准确率, 在威胁等级的识别上, EBM模型的准确度达到了98.10%。这一结果不仅验证了EBM模型在复杂战场态势分析中的有效性, 也为UUV的自主决策提供了坚实的理论基础和技术支持。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0164
摘要:
文中建立了基于梁模型的隔振材料动力特性识别实验台, 对聚醚醚酮(PEEK)材料的弹性模量和阻尼进行了识别和验证。建立了螺栓隔振结构的有限元模型, 搭建了实验台, 验证了螺栓隔振结构模型的精确性。为研究隔振结构对鱼雷噪声控制的贡献, 应用虚拟样机技术提取了鱼雷动力的激励力和扭矩, 建立了鱼雷的结构动力学模型, 在发动机与鱼雷壳体连接处应用了前述的螺栓隔振结构模型。本文首次结合隔振圈建模理论和螺栓隔振结构, 建立了鱼雷动力的整机隔振仿真模型。仿真结果揭示, 综合使用隔振圈结合螺栓连接采取隔振措施可使鱼雷振动噪声可降低3.64 dB。研究结果指出PEEK作为隔振材料可实现鱼雷振动控制提供了有力的理论支撑。
文中建立了基于梁模型的隔振材料动力特性识别实验台, 对聚醚醚酮(PEEK)材料的弹性模量和阻尼进行了识别和验证。建立了螺栓隔振结构的有限元模型, 搭建了实验台, 验证了螺栓隔振结构模型的精确性。为研究隔振结构对鱼雷噪声控制的贡献, 应用虚拟样机技术提取了鱼雷动力的激励力和扭矩, 建立了鱼雷的结构动力学模型, 在发动机与鱼雷壳体连接处应用了前述的螺栓隔振结构模型。本文首次结合隔振圈建模理论和螺栓隔振结构, 建立了鱼雷动力的整机隔振仿真模型。仿真结果揭示, 综合使用隔振圈结合螺栓连接采取隔振措施可使鱼雷振动噪声可降低3.64 dB。研究结果指出PEEK作为隔振材料可实现鱼雷振动控制提供了有力的理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0100
摘要:
随着极地科学考察和资源勘探活动的增加, 极地海冰环境中的通信探测设备得到了广泛应用。甚低频(VLF)电磁波由于其能够穿透海水的特性, 成为在极地环境下进行跨介质通信的可靠方法。本文针对极地甚低频电磁波在跨冰层传播中的问题, 建立了基于传输矩阵的多层介质传播模型。通过二端口网络等效电路方法, 研究了甚低频电磁波在空气-冰层-海水中的衰减特性以及入射角度的影响。通过结合仿真模拟和实地实验数据, 首次量化了在冰层中的甚低频电磁波的场强衰减规律, 揭示了每米冰层厚度衰减不足1 dB的重要发现。评估了海冰对极地VLF通信的影响, 结果表明海冰对VLF电磁波的损耗较小, 不是影响VLF通信的主要因素。
随着极地科学考察和资源勘探活动的增加, 极地海冰环境中的通信探测设备得到了广泛应用。甚低频(VLF)电磁波由于其能够穿透海水的特性, 成为在极地环境下进行跨介质通信的可靠方法。本文针对极地甚低频电磁波在跨冰层传播中的问题, 建立了基于传输矩阵的多层介质传播模型。通过二端口网络等效电路方法, 研究了甚低频电磁波在空气-冰层-海水中的衰减特性以及入射角度的影响。通过结合仿真模拟和实地实验数据, 首次量化了在冰层中的甚低频电磁波的场强衰减规律, 揭示了每米冰层厚度衰减不足1 dB的重要发现。评估了海冰对极地VLF通信的影响, 结果表明海冰对VLF电磁波的损耗较小, 不是影响VLF通信的主要因素。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0045
摘要:
针对水下遥控机器人(ROV)在模型参数不确定和海流扰动下的运动控制问题, 基于有限时间命令滤波和径向基(RBF)神经网络设计出一种自适应反步控制系统。首先, 基于马尔科夫过程构建随机海流模型, 并构建海流扰动下的ROV数学模型; 其次, 针对期望速度引入命令滤波技术, 以减少传统反步法迭代导数带来的计算量; 再次, 利用径向基神经网络对ROV模型的不确定项和外部未知扰动进行估计, 并设计自适应神经网络控制器; 最后, 利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 本文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的不确定项和海流扰动对ROV运动的影响。
针对水下遥控机器人(ROV)在模型参数不确定和海流扰动下的运动控制问题, 基于有限时间命令滤波和径向基(RBF)神经网络设计出一种自适应反步控制系统。首先, 基于马尔科夫过程构建随机海流模型, 并构建海流扰动下的ROV数学模型; 其次, 针对期望速度引入命令滤波技术, 以减少传统反步法迭代导数带来的计算量; 再次, 利用径向基神经网络对ROV模型的不确定项和外部未知扰动进行估计, 并设计自适应神经网络控制器; 最后, 利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 本文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的不确定项和海流扰动对ROV运动的影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0084
摘要:
自主水下航行器(AUV)的精确轨迹跟踪能力是完成勘探、避障、管路巡检等水下任务的技术基础, 但AUV是典型欠驱动系统, 满足非完整动力学约束, 导致无法跟踪某些特殊轨迹, 也无法完成某些特殊水下动作, 例如守位调头、机头定点环绕观测等。多数研究者基于欠驱动系统理论研究如何提升AUV水下轨迹跟踪能力, 文中则从结构改进的角度, 通过借鉴水下遥控航行器(ROV)构型设计提出了新的AUV全向运动轨迹跟踪控制方法, 方法在保留AUV原有低阻流线型的鱼雷状结构设计与运动模式的前提下, 再赋予AUV新的全向运动模式, 其独特的全向运动模式解决了AUV轨迹跟踪中的运动约束问题, 具备了对任意轨迹的跟踪能力, 并完成特殊的水下动作。文中以Bluefin系列AUV为例, 设计改造全向式运动结构、开发基于Hermite算法的轨迹生成算法、基于缩放因子的轨迹导引算法以及航向-航行混控算法, 并对控制方法进行了仿真验证与水下试验验证。结果表明: 该方法能够实现AUV全向航行, 解决AUV轨迹跟踪中的运动约束问题 , 使AUV具备对任意轨迹的跟踪能力, 并完成目标动作。
自主水下航行器(AUV)的精确轨迹跟踪能力是完成勘探、避障、管路巡检等水下任务的技术基础, 但AUV是典型欠驱动系统, 满足非完整动力学约束, 导致无法跟踪某些特殊轨迹, 也无法完成某些特殊水下动作, 例如守位调头、机头定点环绕观测等。多数研究者基于欠驱动系统理论研究如何提升AUV水下轨迹跟踪能力, 文中则从结构改进的角度, 通过借鉴水下遥控航行器(ROV)构型设计提出了新的AUV全向运动轨迹跟踪控制方法, 方法在保留AUV原有低阻流线型的鱼雷状结构设计与运动模式的前提下, 再赋予AUV新的全向运动模式, 其独特的全向运动模式解决了AUV轨迹跟踪中的运动约束问题, 具备了对任意轨迹的跟踪能力, 并完成特殊的水下动作。文中以Bluefin系列AUV为例, 设计改造全向式运动结构、开发基于Hermite算法的轨迹生成算法、基于缩放因子的轨迹导引算法以及航向-航行混控算法, 并对控制方法进行了仿真验证与水下试验验证。结果表明: 该方法能够实现AUV全向航行, 解决AUV轨迹跟踪中的运动约束问题 , 使AUV具备对任意轨迹的跟踪能力, 并完成目标动作。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0004
摘要:
一般在使用机器学习方法对航位推算进行误差补偿时, 常采用神经网络算法。但神经网络需要大量的训练样本才能达到稳定的训练结果。为了解决此问题, 对支持向量机(SVM)在航位推算的误差补偿问题进行研究。利用SVM训练出误差补偿模型, 对航位推算进行误差补偿, 提高了导航精度。误差补偿模型选取自主水下航行器的俯仰角、横滚角和航向角, 多普勒计程仪(DVL)对地的前向、右向和天向速度以及航位推算时间等7个参数作为输入参数, 以全球卫星定位系统(GPS)和惯导+DVL组合提供的经纬度与航位推算的经纬度差作为模型的输出, 训练出了误差补偿模型。对比神经网络算法, 在数据量较少的前提下, SVM训练模型的相对误差为0.28%, 神经网络训练模型的相对误差为0.93%。通过湖上试验得出, SVM训练模型能够将航位推算的相对误差控制在0.5%内。
一般在使用机器学习方法对航位推算进行误差补偿时, 常采用神经网络算法。但神经网络需要大量的训练样本才能达到稳定的训练结果。为了解决此问题, 对支持向量机(SVM)在航位推算的误差补偿问题进行研究。利用SVM训练出误差补偿模型, 对航位推算进行误差补偿, 提高了导航精度。误差补偿模型选取自主水下航行器的俯仰角、横滚角和航向角, 多普勒计程仪(DVL)对地的前向、右向和天向速度以及航位推算时间等7个参数作为输入参数, 以全球卫星定位系统(GPS)和惯导+DVL组合提供的经纬度与航位推算的经纬度差作为模型的输出, 训练出了误差补偿模型。对比神经网络算法, 在数据量较少的前提下, SVM训练模型的相对误差为0.28%, 神经网络训练模型的相对误差为0.93%。通过湖上试验得出, SVM训练模型能够将航位推算的相对误差控制在0.5%内。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0009
摘要:
针对水下蛇形机器人在复杂水下环境自主游动难问题, 设计了一种水下蛇形机器人机构。基于蛇类运动机理建立运动学模型, 提出一种基于模糊控制和中枢模式生成(CPG)的运动控制方法, 通过对单个Hopf振荡器模型中极限环的稳定性进行分析, 搭建由多个Hopf振荡器构建形成的具有双耦合链条网拓结构的CPG模型, 引入模糊控制器与CPG模型一起构成闭环控制网络。对水下蛇形机器人进行仿真和实验结果表明, 样机可实现直线蜿蜒运动、左右转弯运动和U型运动实验, 在3种运动模式中, 水下蛇形机器人不仅拥有良好的稳定性, 而且能够保持优越的灵活性与机动性。
针对水下蛇形机器人在复杂水下环境自主游动难问题, 设计了一种水下蛇形机器人机构。基于蛇类运动机理建立运动学模型, 提出一种基于模糊控制和中枢模式生成(CPG)的运动控制方法, 通过对单个Hopf振荡器模型中极限环的稳定性进行分析, 搭建由多个Hopf振荡器构建形成的具有双耦合链条网拓结构的CPG模型, 引入模糊控制器与CPG模型一起构成闭环控制网络。对水下蛇形机器人进行仿真和实验结果表明, 样机可实现直线蜿蜒运动、左右转弯运动和U型运动实验, 在3种运动模式中, 水下蛇形机器人不仅拥有良好的稳定性, 而且能够保持优越的灵活性与机动性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0148
摘要:
为了合理预测鱼雷聚能战斗部对含水复合装甲的侵彻威力, 基于A-T模型和两阶段孔径增长理论, 并结合基于虚拟原点理论的侵彻体侵彻过程分析, 提出了对含水复合装甲侵彻深度和穿孔直径的理论模型, 其中侵彻体断裂模型由郑哲敏提出的断裂时间公式描述。开展了缩比鱼雷聚能战斗部侵彻含水复合装甲试验研究, 其中鱼雷头段分别采用单层铝板和累计一定厚度的间隔铝板模拟, 同步开展侵彻威力数值仿真。理论计算中, 聚能侵彻体成型参数通过数值仿真获取并作为输入, 对理论计算、仿真和试验结果进行了对比分析, 验证了理论模型的合理性。理论计算可快速输出计算结果, 相关研究可以为鱼雷聚能战斗部威力快速预测、优化设计以及针对潜艇防护结构尺寸及参数特性的大威力新型聚能战斗部技术研究提供支撑。
为了合理预测鱼雷聚能战斗部对含水复合装甲的侵彻威力, 基于A-T模型和两阶段孔径增长理论, 并结合基于虚拟原点理论的侵彻体侵彻过程分析, 提出了对含水复合装甲侵彻深度和穿孔直径的理论模型, 其中侵彻体断裂模型由郑哲敏提出的断裂时间公式描述。开展了缩比鱼雷聚能战斗部侵彻含水复合装甲试验研究, 其中鱼雷头段分别采用单层铝板和累计一定厚度的间隔铝板模拟, 同步开展侵彻威力数值仿真。理论计算中, 聚能侵彻体成型参数通过数值仿真获取并作为输入, 对理论计算、仿真和试验结果进行了对比分析, 验证了理论模型的合理性。理论计算可快速输出计算结果, 相关研究可以为鱼雷聚能战斗部威力快速预测、优化设计以及针对潜艇防护结构尺寸及参数特性的大威力新型聚能战斗部技术研究提供支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0094
摘要:
随着水声对抗作战环境日益复杂, 未来水下作战的重点主要是智能水下无人系统的对抗与反对抗, 研究智能无人水下航行器(UUV)目标识别与反对抗能力对提高智能水下无人系统的整体作战效能具有重要意义。为了评估智能UUV目标识别与反对抗效能, 文中分析了影响系统效能的主要因素, 建立了系统效能指标体系, 并给出了评估模型; 运用主客观相结合的组合赋权方法确定指标体系的权重, 采用改进的逼近理想点法(TOPSIS)对智能UUV目标识别与反对抗效能进行评估, 评估结论可为UUV目标识别与反对抗系统设计与优化提供参考。
随着水声对抗作战环境日益复杂, 未来水下作战的重点主要是智能水下无人系统的对抗与反对抗, 研究智能无人水下航行器(UUV)目标识别与反对抗能力对提高智能水下无人系统的整体作战效能具有重要意义。为了评估智能UUV目标识别与反对抗效能, 文中分析了影响系统效能的主要因素, 建立了系统效能指标体系, 并给出了评估模型; 运用主客观相结合的组合赋权方法确定指标体系的权重, 采用改进的逼近理想点法(TOPSIS)对智能UUV目标识别与反对抗效能进行评估, 评估结论可为UUV目标识别与反对抗系统设计与优化提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0032
摘要:
受探测系统目标瞄准点在大型水下航行器上随机漂移影响, 工程应用中经常会出现高速攻击型无人水下航行器(UUV)在大型水下航行器前后两侧垂直穿过而导致目标脱靶的情况。针对上述问题, 文中提出一种新的垂直命中导引方法, 利用探测系统多周期数据实现垂直命中大型水下航行器中间部位的目的, 并进行了统计仿真, 仿真结果表明该方法对制导参量敏感程度比较低, 对UUV与目标航行器相对阵位的适应能力强, 在现有制导参量精度要求条件下能够满足垂直命中工程要求, 考虑命中部位时, 可垂直命中大型水下航行器中间部位, 垂直命中概率有明显提高。文中提出的方法具有合理性和可行性, 能够提高对大型水下航行器的毁伤效果。
受探测系统目标瞄准点在大型水下航行器上随机漂移影响, 工程应用中经常会出现高速攻击型无人水下航行器(UUV)在大型水下航行器前后两侧垂直穿过而导致目标脱靶的情况。针对上述问题, 文中提出一种新的垂直命中导引方法, 利用探测系统多周期数据实现垂直命中大型水下航行器中间部位的目的, 并进行了统计仿真, 仿真结果表明该方法对制导参量敏感程度比较低, 对UUV与目标航行器相对阵位的适应能力强, 在现有制导参量精度要求条件下能够满足垂直命中工程要求, 考虑命中部位时, 可垂直命中大型水下航行器中间部位, 垂直命中概率有明显提高。文中提出的方法具有合理性和可行性, 能够提高对大型水下航行器的毁伤效果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0087
摘要:
水下六足机器人具有强带负载能力、地形适应能力, 非常适合在复杂多变的海底环境进行近地观测和采样。控制系统是实现水下六足机器人稳定行走的关键技术。文中提出了基于逆运动学和足端轨迹优化的水下六足机器人控制系统设计方法。建立D-H坐标系, 推导出足端轨迹与关节角之间的解析关系(正运动学); 通过多项式优化的方式规划出平滑的足端轨迹, 进而求解出对应的关节角(逆运动学); 以PC104为主控单元, 在ROS2环境中进行足端轨迹优化和逆运动学求解, 通过EtherCAT技术实现关节电机的同步跟踪, 设计出适用于水下六足机器人的控制系统。在水池中对水下六足机器人的典型运动方式(直行和转动)进行了验证。实验结果表明, 文中设计的控制系统可以实现水下六足机器人的稳定行走。
水下六足机器人具有强带负载能力、地形适应能力, 非常适合在复杂多变的海底环境进行近地观测和采样。控制系统是实现水下六足机器人稳定行走的关键技术。文中提出了基于逆运动学和足端轨迹优化的水下六足机器人控制系统设计方法。建立D-H坐标系, 推导出足端轨迹与关节角之间的解析关系(正运动学); 通过多项式优化的方式规划出平滑的足端轨迹, 进而求解出对应的关节角(逆运动学); 以PC104为主控单元, 在ROS2环境中进行足端轨迹优化和逆运动学求解, 通过EtherCAT技术实现关节电机的同步跟踪, 设计出适用于水下六足机器人的控制系统。在水池中对水下六足机器人的典型运动方式(直行和转动)进行了验证。实验结果表明, 文中设计的控制系统可以实现水下六足机器人的稳定行走。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130
摘要:
炸药装药的跌落响应问题是典型的低速撞击点火问题, 表现出应变率低、脉宽长、脉冲小等特点, 与高速冲击点火显著不同。为研究典型水中兵器战斗部装药跌落条件下的动态力学特征, 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对DNAN基含铝炸药进行动态压缩试验, 通过入射波整形技术实现了常应变率加载, 得到了常温常压条件下80、180、280、360和440 s−1等5种低应变率下DNAN基含铝炸药的应力应变曲线, 采用Johnson-Cook(J-C)本构模型对试验数据进行了参数拟合, 并结合数值仿真加以验证。结果表明: DNAN基含铝炸药的弹性模量、屈服强度、屈服应变、失效应力及失效应变均随应变率的提高而增大。利用拟合得到的J-C本构参数, 可以在数值仿真中很好地还原DNAN基含铝炸药在低应变率下的动态力学行为, 从而为相关跌落安全性数值仿真计算提供数据支撑。
炸药装药的跌落响应问题是典型的低速撞击点火问题, 表现出应变率低、脉宽长、脉冲小等特点, 与高速冲击点火显著不同。为研究典型水中兵器战斗部装药跌落条件下的动态力学特征, 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对DNAN基含铝炸药进行动态压缩试验, 通过入射波整形技术实现了常应变率加载, 得到了常温常压条件下80、180、280、360和440 s−1等5种低应变率下DNAN基含铝炸药的应力应变曲线, 采用Johnson-Cook(J-C)本构模型对试验数据进行了参数拟合, 并结合数值仿真加以验证。结果表明: DNAN基含铝炸药的弹性模量、屈服强度、屈服应变、失效应力及失效应变均随应变率的提高而增大。利用拟合得到的J-C本构参数, 可以在数值仿真中很好地还原DNAN基含铝炸药在低应变率下的动态力学行为, 从而为相关跌落安全性数值仿真计算提供数据支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0072
摘要:
随着现代海战威胁的日益复杂化, 舰艇的结构防护成为提升生存能力和战斗效能的关键。本文综述了舰艇冲击防护结构的研究进展, 特别是从传统均质防护结构向多层复合防护结构的演变。面对现代化高能量攻击, 如导弹和鱼雷, 传统的坚固钢板和合金材料已难以满足防护需求, 促使研究者转向复合材料及其夹层结构。通过采用陶瓷、金属、纤维增强材料和聚合物, 结合梯度设计、嵌入式设计、点阵结构和夹层技术等先进设计理念, 不仅实现了更优的抗冲击性能, 也实现了结构轻量化。文章还讨论了材料界面结合强度、结构复杂度及制造难度等挑战, 并指出极端冲击条件下层间结合不良可能导致材料层分离或破裂, 削弱防护效能。未来研究应聚焦于纳米材料、高分子材料和智能材料的开发, 以及多功能集成设计的实现, 强化防护结构的隐身、防探测和主动防御功能。同时, 强调仿真技术在设计优化和性能预测中的核心作用, 以及增材制造和激光加工技术在提高生产效率和产品质量中的潜力, 通过技术创新和材料研发有效提升复合防护结构的综合性能, 满足现代军事和民用领域对高性能防护材料的需求。
随着现代海战威胁的日益复杂化, 舰艇的结构防护成为提升生存能力和战斗效能的关键。本文综述了舰艇冲击防护结构的研究进展, 特别是从传统均质防护结构向多层复合防护结构的演变。面对现代化高能量攻击, 如导弹和鱼雷, 传统的坚固钢板和合金材料已难以满足防护需求, 促使研究者转向复合材料及其夹层结构。通过采用陶瓷、金属、纤维增强材料和聚合物, 结合梯度设计、嵌入式设计、点阵结构和夹层技术等先进设计理念, 不仅实现了更优的抗冲击性能, 也实现了结构轻量化。文章还讨论了材料界面结合强度、结构复杂度及制造难度等挑战, 并指出极端冲击条件下层间结合不良可能导致材料层分离或破裂, 削弱防护效能。未来研究应聚焦于纳米材料、高分子材料和智能材料的开发, 以及多功能集成设计的实现, 强化防护结构的隐身、防探测和主动防御功能。同时, 强调仿真技术在设计优化和性能预测中的核心作用, 以及增材制造和激光加工技术在提高生产效率和产品质量中的潜力, 通过技术创新和材料研发有效提升复合防护结构的综合性能, 满足现代军事和民用领域对高性能防护材料的需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0005
摘要:
针对无人水下航行器长时间协同运动, 惯性导航误差累积增长的问题, 为减小USV/UUV之间相对导航误差, 提高UUV导航精度, 提出一种基于移动长基线和导航误差修正的无人机(USV)/无人水下航行器(UUV)协同导航算法。该算法基于水声通信测距, 首先由UUV收集其与USV间相对距离信息, 计算相对导航误差修正量, 接着将修正量添加到USV当前导航位置中, 结合USV与UUV间的队形设置以及UUV自身低精度导航设备解算的位置, 最终实现对UUV累积的惯导位置误差的修正。仿真结果表明, 在USV/UUV协同运动过程中, 通过对修正后UUV位置信息以及UUV惯导解算得到的位置量进行融合, 可显著提高UUV导航精度。
针对无人水下航行器长时间协同运动, 惯性导航误差累积增长的问题, 为减小USV/UUV之间相对导航误差, 提高UUV导航精度, 提出一种基于移动长基线和导航误差修正的无人机(USV)/无人水下航行器(UUV)协同导航算法。该算法基于水声通信测距, 首先由UUV收集其与USV间相对距离信息, 计算相对导航误差修正量, 接着将修正量添加到USV当前导航位置中, 结合USV与UUV间的队形设置以及UUV自身低精度导航设备解算的位置, 最终实现对UUV累积的惯导位置误差的修正。仿真结果表明, 在USV/UUV协同运动过程中, 通过对修正后UUV位置信息以及UUV惯导解算得到的位置量进行融合, 可显著提高UUV导航精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0117
摘要:
基于舰船尾流基本理论知识研究了尾流的波形、速度和感应磁场的分布, 得到了舰船尾流感应磁场的变化特性和分布规律。以3艘舰船编队为例, 分析了舰船在运动过程中感应磁场分布及在x、y方向上的磁场分布情况。求解了多艘船同时航行时形成的尾流感应磁场分布特性, 并对各种舰船组合航行时产生的感应磁场异常情况进行分析。仿真所得实验结果符合现有测量结果。利用APP Design工具对多舰船尾迹磁异常特性进行仿真系统软件的开发, 该系统不仅能够准确、直观、快速的模拟设定三艘船型尾流在任意方向的磁感应强度的大小和变化规律, 而且具有操作简便、节省成本的优势, 为船舶尾流实验和探索海洋资源提供了更好的基础和有效的仿真平台。
基于舰船尾流基本理论知识研究了尾流的波形、速度和感应磁场的分布, 得到了舰船尾流感应磁场的变化特性和分布规律。以3艘舰船编队为例, 分析了舰船在运动过程中感应磁场分布及在x、y方向上的磁场分布情况。求解了多艘船同时航行时形成的尾流感应磁场分布特性, 并对各种舰船组合航行时产生的感应磁场异常情况进行分析。仿真所得实验结果符合现有测量结果。利用APP Design工具对多舰船尾迹磁异常特性进行仿真系统软件的开发, 该系统不仅能够准确、直观、快速的模拟设定三艘船型尾流在任意方向的磁感应强度的大小和变化规律, 而且具有操作简便、节省成本的优势, 为船舶尾流实验和探索海洋资源提供了更好的基础和有效的仿真平台。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0081
摘要:
水下声自导武器在进行水下尺度目标识别时, 通常需要从水下目标回波中提取不同维度特征, 并将特征进行组合形成互补的特征集合以提高识别率。然而, 由于不同的特征应用场景不同, 将所有特征全部引入会导致特征集维度较高, 特征相互之间可能会包含冗余信息, 导致识别难度增加。文中针对水下声自导武器主动识别问题中特征集维度高、需要进行选择的问题, 提出了一种基于随机森林(RF)的 特征寻优算法。同时, 水下声自导武器主动回波数据存在数据量少且种类不平衡问题, 针对此类问题, 在特征域采用合成少数类过采样技术(SMOTE)。利用实航数据, 将基于随机森林的特征寻优方法选择的特征子集输入分类器进行测试, 结果表明, 基于随机森林的特征寻优方法能获得较好的特征子集, 有效提高了识别率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0076
摘要:
涡旋光场轨道角动量(OAM)在自由空间衍射中是保持不变的, 而在湍流层中由于流场内部存在拟序结构, 导致OAM谱分布对称性破缺现象, 且OAM也会发生改变。文中研究了基于OAM谱分布对称性破缺效应对流场流动结构进行探测的机理, 初步分析了将涡旋光场OAM应用于水下航行器探测的可行性并给出相关试验的结果。此外, 根据光场总OAM也会发生改变的特性, 结合交叉OAM矩阵法, 阐述了基于OAM对不同流场特征进行辨识的理论依据。最后, 文中研究了涡旋光场对水介质感知特性, 结合数值仿真结果, 提出了一个基于OAM传输特性探测水下航行器的技术构想。
涡旋光场轨道角动量(OAM)在自由空间衍射中是保持不变的, 而在湍流层中由于流场内部存在拟序结构, 导致OAM谱分布对称性破缺现象, 且OAM也会发生改变。文中研究了基于OAM谱分布对称性破缺效应对流场流动结构进行探测的机理, 初步分析了将涡旋光场OAM应用于水下航行器探测的可行性并给出相关试验的结果。此外, 根据光场总OAM也会发生改变的特性, 结合交叉OAM矩阵法, 阐述了基于OAM对不同流场特征进行辨识的理论依据。最后, 文中研究了涡旋光场对水介质感知特性, 结合数值仿真结果, 提出了一个基于OAM传输特性探测水下航行器的技术构想。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071
摘要:
自抗扰控制不依赖模型, 抗干扰能力强, 可以很好地解决自主水下航行器模型不确定性和外部环境复杂的问题, 然而自抗扰控制器的参数整定存在一定困难, 针对该问题, 提出了一种基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法。首先针对自主水下航行器艏摇模型设计了自抗扰控制器; 其次给出了基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法; 最后针对角度传感器延迟问题给出了基于史密斯预估器的自抗扰控制器设计方法。仿真证明, 该方法能够在模型信息未知的情况下, 仅通过开环实验的输入输出数据, 对AUV自抗扰控制器参数进行整定, 达到期望的控制效果。
自抗扰控制不依赖模型, 抗干扰能力强, 可以很好地解决自主水下航行器模型不确定性和外部环境复杂的问题, 然而自抗扰控制器的参数整定存在一定困难, 针对该问题, 提出了一种基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法。首先针对自主水下航行器艏摇模型设计了自抗扰控制器; 其次给出了基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法; 最后针对角度传感器延迟问题给出了基于史密斯预估器的自抗扰控制器设计方法。仿真证明, 该方法能够在模型信息未知的情况下, 仅通过开环实验的输入输出数据, 对AUV自抗扰控制器参数进行整定, 达到期望的控制效果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0123
摘要:
通过高精度理论推导和CFD滑移技术的耦合, 研究一种针对水下气动发射系统的高精度内弹道计算方法, 并通过试验进行验证。该方法对发射过程中的高压气体域运用四阶Runge-Kutta法进行求解, 水域部分采用滑移网格进行单自由度武器发射仿真, 并建立气体理论计算和流体仿真计算的耦合关系, 从而实现高精度的内弹道计算方法。通过理论计算和流体仿真的耦合, 可弥补单一理论计算误差偏大和单一流体仿真的高成本, 该耦合计算方法具有高精度、低成本的优势。对比试验数据, 通过该方法得到的武器出管速度平均误差为5.6%, 发射气瓶截止压力平均误差为4.0%。
通过高精度理论推导和CFD滑移技术的耦合, 研究一种针对水下气动发射系统的高精度内弹道计算方法, 并通过试验进行验证。该方法对发射过程中的高压气体域运用四阶Runge-Kutta法进行求解, 水域部分采用滑移网格进行单自由度武器发射仿真, 并建立气体理论计算和流体仿真计算的耦合关系, 从而实现高精度的内弹道计算方法。通过理论计算和流体仿真的耦合, 可弥补单一理论计算误差偏大和单一流体仿真的高成本, 该耦合计算方法具有高精度、低成本的优势。对比试验数据, 通过该方法得到的武器出管速度平均误差为5.6%, 发射气瓶截止压力平均误差为4.0%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0101
摘要:
为了更系统地研究船舶在航行过程中引起的尾流感应电磁场, 文中以有限元法为基础, 利用磁流体力学、麦克斯韦方程组等电磁场和流体力学理论, 对KCS船尾流运动产生的感应电磁场进行仿真分析。结果表明: KCS船尾流感应磁场量级在可探测范围内, 有明显的分布规律; 尾流感应磁场在传播方向上存在极值, 其大小与测量位置相关; 尾流感应磁场先随距离增大到极值, 再沿传播距离方向逐渐衰减; 尾流电流密度沿传播距离方向逐渐衰减。文中的研究可为海洋电磁探测及船舶跟踪和定位等研究提供参考。
为了更系统地研究船舶在航行过程中引起的尾流感应电磁场, 文中以有限元法为基础, 利用磁流体力学、麦克斯韦方程组等电磁场和流体力学理论, 对KCS船尾流运动产生的感应电磁场进行仿真分析。结果表明: KCS船尾流感应磁场量级在可探测范围内, 有明显的分布规律; 尾流感应磁场在传播方向上存在极值, 其大小与测量位置相关; 尾流感应磁场先随距离增大到极值, 再沿传播距离方向逐渐衰减; 尾流电流密度沿传播距离方向逐渐衰减。文中的研究可为海洋电磁探测及船舶跟踪和定位等研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0092
摘要:
战斗部的跌落安全性涉及炸药配方、装药工艺、战斗部设计和服役环境等多方面。文中全面、充分地梳理了常规武器弹药战斗部跌落安全相关的文献资料, 从典型炸药撞击感度研究、典型炸药动态力学性能研究、战斗部装药跌落撞击非冲击点火理论研究、战斗部跌落试验与仿真研究以及战斗部跌落安全性评估方法与标准等5个方面对战斗部跌落安全性现状进行系统性剖析。文中的分析结果可为水雷武器战斗部跌落安全性研究提供借鉴和参考。
战斗部的跌落安全性涉及炸药配方、装药工艺、战斗部设计和服役环境等多方面。文中全面、充分地梳理了常规武器弹药战斗部跌落安全相关的文献资料, 从典型炸药撞击感度研究、典型炸药动态力学性能研究、战斗部装药跌落撞击非冲击点火理论研究、战斗部跌落试验与仿真研究以及战斗部跌落安全性评估方法与标准等5个方面对战斗部跌落安全性现状进行系统性剖析。文中的分析结果可为水雷武器战斗部跌落安全性研究提供借鉴和参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0002
摘要:
作为一种具有强非线性、强耦合、时变、冗余、高维度的复杂系统, 水下机器人-机械臂系统(Underwater Vehicle-Manipulator System, UVMS)的建模、运动控制和稳定性研究都具有较大的难度。在动力学建模中,对于自由度较高的复杂水下机器人-机械臂系统, 采用传统拉格朗日方程建模, 需要对广义坐标向量和其导数分别进行求导和求偏导操作, 会面临符号求导计算量大、建模效率低等问题。因此, 本文旨在基于类拉格朗日方法提出一种适用于\begin{document}$6 + n$\end{document} ![]()
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作为一种具有强非线性、强耦合、时变、冗余、高维度的复杂系统, 水下机器人-机械臂系统(Underwater Vehicle-Manipulator System, UVMS)的建模、运动控制和稳定性研究都具有较大的难度。在动力学建模中,对于自由度较高的复杂水下机器人-机械臂系统, 采用传统拉格朗日方程建模, 需要对广义坐标向量和其导数分别进行求导和求偏导操作, 会面临符号求导计算量大、建模效率低等问题。因此, 本文旨在基于类拉格朗日方法提出一种适用于
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0143
摘要:
装备集群作业逐步成为提高水下任务效能的关键途径, 传统ADC模型对多型装备构成的水下异构平台任务进行协同能力评估具有一定困难。选取以时间为变量的可靠性指标、续航能力指标和通信性能指标, 建立树结构的指标综合模型, 能够对协同因素进行数值量化, 客观反映平台任务过程中的协同能力变化。以此为依据将能力矩阵进行连续化处理, 并以装备个体为分系统, 引入环境影响因子反映周边环境对装备性能的影响, 建立改进型ADC模型用于系统效能评估。以自主水下航行器和通信节点构成的水下异构平台为例, 对任务周期内的装备能力及平台效能进行评估, 研究结果表明: 该方法能够很好的结合多个协同因素进行效能评估, 具有可行性和有效性, 可以为多类型装备协同作业任务效能评估提供参考。
装备集群作业逐步成为提高水下任务效能的关键途径, 传统ADC模型对多型装备构成的水下异构平台任务进行协同能力评估具有一定困难。选取以时间为变量的可靠性指标、续航能力指标和通信性能指标, 建立树结构的指标综合模型, 能够对协同因素进行数值量化, 客观反映平台任务过程中的协同能力变化。以此为依据将能力矩阵进行连续化处理, 并以装备个体为分系统, 引入环境影响因子反映周边环境对装备性能的影响, 建立改进型ADC模型用于系统效能评估。以自主水下航行器和通信节点构成的水下异构平台为例, 对任务周期内的装备能力及平台效能进行评估, 研究结果表明: 该方法能够很好的结合多个协同因素进行效能评估, 具有可行性和有效性, 可以为多类型装备协同作业任务效能评估提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0040
摘要:
通电线圈聚磁法因潜艇磁场模拟逼真度高、磁场分布特征和强度可调节、机动性好、环境依赖性低及安全性高等明显优势, 受到越来越多的关注。为更好指导通电线圈方式潜艇磁场模拟器设计, 深入研究其分布特性十分必要。文中给出潜艇空间磁场和任意通电导线空间磁场计算方法, 提出分体式三轴正交线圈潜艇磁场模拟工程方案, 对比研究该方案磁场与潜艇空间磁场分布特征。研究结果表明三轴正交线圈方式能较好地模拟潜艇空间磁场分布特征, 但不能完全反映分布尺度, 为潜艇磁场模拟提供了技术参考。
通电线圈聚磁法因潜艇磁场模拟逼真度高、磁场分布特征和强度可调节、机动性好、环境依赖性低及安全性高等明显优势, 受到越来越多的关注。为更好指导通电线圈方式潜艇磁场模拟器设计, 深入研究其分布特性十分必要。文中给出潜艇空间磁场和任意通电导线空间磁场计算方法, 提出分体式三轴正交线圈潜艇磁场模拟工程方案, 对比研究该方案磁场与潜艇空间磁场分布特征。研究结果表明三轴正交线圈方式能较好地模拟潜艇空间磁场分布特征, 但不能完全反映分布尺度, 为潜艇磁场模拟提供了技术参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0166
摘要:
近年来, 随着以美国为首的西方国家将战略重点由远洋转向近海, 近海的浅水水域成为各国的攻防重点, 配合着有人与无人协同的分布式作战背景, 水下特种作战平台开始扮演着愈发重要的角色。文中以美国2024财年最新的国防科研和采购预算为基础, 重点论述了水下系统项目中湿式蛙人输送艇(SDV)、干式蛙人输送艇(DCS)、干式甲板换乘仓(DDS)、作战潜水装备(CBDIV)、水下舟艇任务装备(UCME)及小型水下无人航行器(SUUV)等水下特战装备的发展现状和研究趋势, 旨在为今后的水下特种装备研究提供有益参考。
近年来, 随着以美国为首的西方国家将战略重点由远洋转向近海, 近海的浅水水域成为各国的攻防重点, 配合着有人与无人协同的分布式作战背景, 水下特种作战平台开始扮演着愈发重要的角色。文中以美国2024财年最新的国防科研和采购预算为基础, 重点论述了水下系统项目中湿式蛙人输送艇(SDV)、干式蛙人输送艇(DCS)、干式甲板换乘仓(DDS)、作战潜水装备(CBDIV)、水下舟艇任务装备(UCME)及小型水下无人航行器(SUUV)等水下特战装备的发展现状和研究趋势, 旨在为今后的水下特种装备研究提供有益参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
摘要:
针对MEMS陀螺随机噪声大及零偏重复性不好的特点, 对MEMS随机误差采用Allan方差法分析其角度随机游走, 以Allan方差辨识值和加权最小二乘法, 设计阵列陀螺信息融合处理算法, 可有效降低角度随机游走, 且在静态和动态条件下均能实时响应真实角速率。对MEMS陀螺常值漂移, 结合惯性导航系统误差的可观测性设计两位置标定方案, 完成常值漂移的系统级标定。仿真结果表明, 文中所提方法可有效降低MEMS陀螺角度随机游走和陀螺常值漂移, 显著提升MEMS惯性测量精度。
针对MEMS陀螺随机噪声大及零偏重复性不好的特点, 对MEMS随机误差采用Allan方差法分析其角度随机游走, 以Allan方差辨识值和加权最小二乘法, 设计阵列陀螺信息融合处理算法, 可有效降低角度随机游走, 且在静态和动态条件下均能实时响应真实角速率。对MEMS陀螺常值漂移, 结合惯性导航系统误差的可观测性设计两位置标定方案, 完成常值漂移的系统级标定。仿真结果表明, 文中所提方法可有效降低MEMS陀螺角度随机游走和陀螺常值漂移, 显著提升MEMS惯性测量精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
摘要:
鱼雷声隐身性能直接影响发射平台的安全性、鱼雷攻击的隐蔽性及线导导引的有效性。目前广泛采用的减振降噪手段在控制鱼雷中低频振动方面效果不佳, 为解决这一问题, 本研究针对鱼雷动力舱段展开了声学超材料减振方法研究。首先, 对动力舱段在轴向激励下的振动响应特性进行分析, 设计了悬臂梁局域共振单元结构, 并对该结构的带隙特性及减振效果进行分析。其次, 针对动力舱段支承结构, 提出基于声学超材料的减振方案。仿真分析发现, 声学超材料在相应带隙范围内对振动具有显著的衰减效果, 某些测点的衰减量高达11.95 dB。最后, 通过试验验证了声学超材料减振方案的有效性, 为解决鱼雷动力舱段中低频振动问题提供思路。
鱼雷声隐身性能直接影响发射平台的安全性、鱼雷攻击的隐蔽性及线导导引的有效性。目前广泛采用的减振降噪手段在控制鱼雷中低频振动方面效果不佳, 为解决这一问题, 本研究针对鱼雷动力舱段展开了声学超材料减振方法研究。首先, 对动力舱段在轴向激励下的振动响应特性进行分析, 设计了悬臂梁局域共振单元结构, 并对该结构的带隙特性及减振效果进行分析。其次, 针对动力舱段支承结构, 提出基于声学超材料的减振方案。仿真分析发现, 声学超材料在相应带隙范围内对振动具有显著的衰减效果, 某些测点的衰减量高达11.95 dB。最后, 通过试验验证了声学超材料减振方案的有效性, 为解决鱼雷动力舱段中低频振动问题提供思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0167
摘要:
传统水陆两栖运动方式多为轮式或履带式与螺旋桨结合的双系统形态。与之相比, 单系统的水陆两栖运动方式因系统复杂度低、运动效率高成为近年来的研究热点。螺旋推进作为一种单系统水陆两栖运动方式, 在沼泽、滩涂等半流体环境下具有较好的适应性, 多年来对其在陆上行驶的研究设计较多, 对其在水中行驶的研究较为缺乏。本文对螺旋推进装置的水中性能展开研究, 根据螺旋推进的原理, 提出螺旋筒的设计方法, 采用水动力仿真方法对不同浸没深度下的螺旋筒进行推力计算, 发现螺旋筒在0.9倍浸没深度时产生的推力最大。基于自主设计研发的水陆两栖机器人样机开展水中推进测试, 结果表明在水中螺旋筒推进状态稳定。进一步的, 使用响应面法从螺旋叶片高度、螺距两个方面对螺旋筒开展优化设计工作, 优化结果较原设计方案可提升18.2%的推进效率。
传统水陆两栖运动方式多为轮式或履带式与螺旋桨结合的双系统形态。与之相比, 单系统的水陆两栖运动方式因系统复杂度低、运动效率高成为近年来的研究热点。螺旋推进作为一种单系统水陆两栖运动方式, 在沼泽、滩涂等半流体环境下具有较好的适应性, 多年来对其在陆上行驶的研究设计较多, 对其在水中行驶的研究较为缺乏。本文对螺旋推进装置的水中性能展开研究, 根据螺旋推进的原理, 提出螺旋筒的设计方法, 采用水动力仿真方法对不同浸没深度下的螺旋筒进行推力计算, 发现螺旋筒在0.9倍浸没深度时产生的推力最大。基于自主设计研发的水陆两栖机器人样机开展水中推进测试, 结果表明在水中螺旋筒推进状态稳定。进一步的, 使用响应面法从螺旋叶片高度、螺距两个方面对螺旋筒开展优化设计工作, 优化结果较原设计方案可提升18.2%的推进效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0001
摘要:
针对水下无人航行器等小尺度平台机动且阵列孔径有限条件下的稳健探测需求, 依据应用于小平台U形共形平面阵设计多种波束形成算法。分析快拍数、输入信噪比、导向向量误差等对波束形成方法稳健性的影响。虽然最小方差无畸变波束形成方法具有高阵增益的优点, 但其在存在基阵导向向量误差和协方差矩阵估计误差的条件下性能下降较为严重, 因此在此基础上提出了协方差矩阵拟合波束形成方法和双约束稳健最小方差无畸变响应波束形成方法, 并通过数值仿真分析与其他多种波束形成方法对比验证稳健波束形成方法应用于水下小平台共形阵的稳健性。最后在考虑阵元位置误差时通过消声水池实验对多种波束形成方法的实际性能进行进一步对比验证。
针对水下无人航行器等小尺度平台机动且阵列孔径有限条件下的稳健探测需求, 依据应用于小平台U形共形平面阵设计多种波束形成算法。分析快拍数、输入信噪比、导向向量误差等对波束形成方法稳健性的影响。虽然最小方差无畸变波束形成方法具有高阵增益的优点, 但其在存在基阵导向向量误差和协方差矩阵估计误差的条件下性能下降较为严重, 因此在此基础上提出了协方差矩阵拟合波束形成方法和双约束稳健最小方差无畸变响应波束形成方法, 并通过数值仿真分析与其他多种波束形成方法对比验证稳健波束形成方法应用于水下小平台共形阵的稳健性。最后在考虑阵元位置误差时通过消声水池实验对多种波束形成方法的实际性能进行进一步对比验证。
, 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.2096-3920.2023-0165
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.2096-3920.2023-0093
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。
