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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0014
摘要:
海上搜救与污染溯源迫切需要高精度漂流浮标轨迹回溯技术, 但传统拉格朗日模型在复杂海洋环境中存在较大误差。文中提出一种物理驱动的海上漂流浮标轨迹溯源模型, 创新性地引入基于风流场时间序列自相关分析的动态扩散系数, 优化随机游走模型的次网格速度补偿机制。该模型融合风强迫、洋流及科氏力的漂移动力学模型, 并结合蒙特卡洛模拟与核密度估计量化轨迹回溯的时空不确定性。基于北大西洋“海洋物联网”浮标数据, 在热带开放海区、洋流汇合区、温带西风带及近岸复杂地形等4类典型海洋环境中验证表明: 文中所提模型实现浮标72 h轨迹回溯误差3.9-5.8 km, 相较传统拉格朗日模型, 4类海区精度分别提升74%、55%、59%和22%, 有效解决了复杂海洋环境下的轨迹溯源精度问题, 为海上应急救援和污染源定位提供了可靠的技术支撑。
海上搜救与污染溯源迫切需要高精度漂流浮标轨迹回溯技术, 但传统拉格朗日模型在复杂海洋环境中存在较大误差。文中提出一种物理驱动的海上漂流浮标轨迹溯源模型, 创新性地引入基于风流场时间序列自相关分析的动态扩散系数, 优化随机游走模型的次网格速度补偿机制。该模型融合风强迫、洋流及科氏力的漂移动力学模型, 并结合蒙特卡洛模拟与核密度估计量化轨迹回溯的时空不确定性。基于北大西洋“海洋物联网”浮标数据, 在热带开放海区、洋流汇合区、温带西风带及近岸复杂地形等4类典型海洋环境中验证表明: 文中所提模型实现浮标72 h轨迹回溯误差3.9-5.8 km, 相较传统拉格朗日模型, 4类海区精度分别提升74%、55%、59%和22%, 有效解决了复杂海洋环境下的轨迹溯源精度问题, 为海上应急救援和污染源定位提供了可靠的技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0047
摘要:
针对自主水下航行器在深水或复杂底质环境下因多普勒计程仪(DVL)不可用而导致SINS/DVL松组合导航精度下降的问题, 提出一种基于时间卷积网络与注意力机制(TCN-Attention)的伪DVL速度量测生成方法。该方法以惯性测量单元(IMU)的角速度、比力以及惯导解算得到的姿态、位置和速度信息构成时序输入, 在DVL可用阶段利用DVL速度构建监督样本并离线训练网络, 在DVL不可用阶段输出伪速度量测并参与扩展卡尔曼滤波(EKF)更新, 以抑制惯导误差累积。模型采用因果空洞卷积提取时序特征, 并引入注意力机制增强对转弯、加减速等关键动态片段的表征能力。基于16组轨迹数据的仿真结果表明, 与时间卷积网络(TCN)和门控循环单元注意力模型(GRU-Attention)相比, 所提方法在东、北向速度误差及绝对轨迹误差等指标上均取得更优结果, 重建航迹更接近真实轨迹, 表明该方法在DVL持续失效场景下具有较好的有效性与鲁棒性。
针对自主水下航行器在深水或复杂底质环境下因多普勒计程仪(DVL)不可用而导致SINS/DVL松组合导航精度下降的问题, 提出一种基于时间卷积网络与注意力机制(TCN-Attention)的伪DVL速度量测生成方法。该方法以惯性测量单元(IMU)的角速度、比力以及惯导解算得到的姿态、位置和速度信息构成时序输入, 在DVL可用阶段利用DVL速度构建监督样本并离线训练网络, 在DVL不可用阶段输出伪速度量测并参与扩展卡尔曼滤波(EKF)更新, 以抑制惯导误差累积。模型采用因果空洞卷积提取时序特征, 并引入注意力机制增强对转弯、加减速等关键动态片段的表征能力。基于16组轨迹数据的仿真结果表明, 与时间卷积网络(TCN)和门控循环单元注意力模型(GRU-Attention)相比, 所提方法在东、北向速度误差及绝对轨迹误差等指标上均取得更优结果, 重建航迹更接近真实轨迹, 表明该方法在DVL持续失效场景下具有较好的有效性与鲁棒性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0169
摘要:
自主水下航行器(AUV)在海洋工程、海洋科考和军事应用中发挥着重要作用。能源动力系统是AUV的核心系统之一, 其性能直接影响AUV续航时间、作业范围和作业效率。文中从不同维度对国内外AUV进行了分类, 分析了AUV能源动力系统的主要特征和应用情况, 重点探讨了AUV高能量密度电池技术、水下充电技术、高密度储氢/储氧技术、电池管理技术等能源动力关键技术, 对AUV能源动力技术发展方向进行了展望, 以期为AUV能源动力系统的发展提供有益参考。
自主水下航行器(AUV)在海洋工程、海洋科考和军事应用中发挥着重要作用。能源动力系统是AUV的核心系统之一, 其性能直接影响AUV续航时间、作业范围和作业效率。文中从不同维度对国内外AUV进行了分类, 分析了AUV能源动力系统的主要特征和应用情况, 重点探讨了AUV高能量密度电池技术、水下充电技术、高密度储氢/储氧技术、电池管理技术等能源动力关键技术, 对AUV能源动力技术发展方向进行了展望, 以期为AUV能源动力系统的发展提供有益参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0062
摘要:
在水下高速机动平台对抗真假目标共存的复杂环境中, 攻击目标选择错误可能导致真实高价值目标逃逸。传统的无针对性再搜索策略效率低下, 因此需要深入分析高价值目标的对抗策略, 综合考虑其机动能力和战术选择, 制定针对性的反对抗与再搜索策略。文中基于高价值目标对抗策略分析, 构建了目标逃逸区域模型, 并提出一种丢失目标逃逸区域的概率评估方法, 用于预测对抗区域内目标的逃逸概率。该方法有助于提升目标再搜索的成功率, 缩短水下高速机动平台的搜索时间, 从而提高整体搜索效率。
在水下高速机动平台对抗真假目标共存的复杂环境中, 攻击目标选择错误可能导致真实高价值目标逃逸。传统的无针对性再搜索策略效率低下, 因此需要深入分析高价值目标的对抗策略, 综合考虑其机动能力和战术选择, 制定针对性的反对抗与再搜索策略。文中基于高价值目标对抗策略分析, 构建了目标逃逸区域模型, 并提出一种丢失目标逃逸区域的概率评估方法, 用于预测对抗区域内目标的逃逸概率。该方法有助于提升目标再搜索的成功率, 缩短水下高速机动平台的搜索时间, 从而提高整体搜索效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0162
摘要:
为应对水下航行器隐蔽性威胁, 满足非声探测需求, 文中聚焦密度分层海洋环境中航行器尾流的影响机制。现有研究多基于均匀流体假设, 忽略分层现象导致的内波效应。文中创新性建立分层流体中水下航行器尾流速度场数学模型, 将尾流分解为表面波与内波分量线性叠加, 并推导尾流感应电磁场表达式。通过仿真分析航行器在潜深10~50 m工况下的感应磁场的空间分布、衰减规律以及各分量贡献占比。结果表明, 分层环境下, 表面波感应磁场峰值较大(近场峰值0.15 nT), 但随传播距离衰减迅速, 内波感应磁场峰值小(近场峰值0.006 nT)但较为稳定, 衰减缓慢, 在远场范围为总感应磁场主导; 同时, 随着潜深增加, 内波贡献比例显著增大(潜深50 m时近场贡献84.9％)。研究表明内波作为远场探测的关键物理量, 为发展对水下航行器进行非声探测技术提供新的理论依据。
为应对水下航行器隐蔽性威胁, 满足非声探测需求, 文中聚焦密度分层海洋环境中航行器尾流的影响机制。现有研究多基于均匀流体假设, 忽略分层现象导致的内波效应。文中创新性建立分层流体中水下航行器尾流速度场数学模型, 将尾流分解为表面波与内波分量线性叠加, 并推导尾流感应电磁场表达式。通过仿真分析航行器在潜深10~50 m工况下的感应磁场的空间分布、衰减规律以及各分量贡献占比。结果表明, 分层环境下, 表面波感应磁场峰值较大(近场峰值0.15 nT), 但随传播距离衰减迅速, 内波感应磁场峰值小(近场峰值0.006 nT)但较为稳定, 衰减缓慢, 在远场范围为总感应磁场主导; 同时, 随着潜深增加, 内波贡献比例显著增大(潜深50 m时近场贡献84.9％)。研究表明内波作为远场探测的关键物理量, 为发展对水下航行器进行非声探测技术提供新的理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0083
摘要:
运用等效电路仿真计算方法对锂贮备电池组共用电解液状态下的漏电流分布情况进行了研究。分析了串联单体数量、电解液电导率、注液管结构特征对漏电流的影响。组建了电池模组漏电流实验装置, 通过实测结果与仿真结果的对比, 确认了仿真计算方法的有效性。
运用等效电路仿真计算方法对锂贮备电池组共用电解液状态下的漏电流分布情况进行了研究。分析了串联单体数量、电解液电导率、注液管结构特征对漏电流的影响。组建了电池模组漏电流实验装置, 通过实测结果与仿真结果的对比, 确认了仿真计算方法的有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0090
摘要:
随着水下UUV集群化作战的发展, 水下复杂多目标的探测与识别问题受到重视。针对此, 我们建立了基于板块元算法的快速计算模型, 以提高计算准确度与效率。首先利用改进的板块元算法对双目标模型的目标特性进行了计算, 通过物理场仿真和消声水池试验实测结果与计算结果比较验证了该计算方法的正确性。为了提高计算效率引入OpenMP并行算法, 根据不同角度和频率入射下复杂多目标散射声场特性计算难度各异的问题, 优化循环迭代调度机制, 实现了线程负载的高均衡, 获得5.3倍加速比。用此快速算法研究更复杂的多目标模型, 通过分析目标特性角度-频率云图可以得到多目标高频散射声场特性随频率增加规律性变化, 在某些角度目标强度存在极值。同时存在高频干涉条纹, 分析了散射特性与几何位置的关联规律。研究结果可为水下目标声学探测与特性研究提供理论参考。
随着水下UUV集群化作战的发展, 水下复杂多目标的探测与识别问题受到重视。针对此, 我们建立了基于板块元算法的快速计算模型, 以提高计算准确度与效率。首先利用改进的板块元算法对双目标模型的目标特性进行了计算, 通过物理场仿真和消声水池试验实测结果与计算结果比较验证了该计算方法的正确性。为了提高计算效率引入OpenMP并行算法, 根据不同角度和频率入射下复杂多目标散射声场特性计算难度各异的问题, 优化循环迭代调度机制, 实现了线程负载的高均衡, 获得5.3倍加速比。用此快速算法研究更复杂的多目标模型, 通过分析目标特性角度-频率云图可以得到多目标高频散射声场特性随频率增加规律性变化, 在某些角度目标强度存在极值。同时存在高频干涉条纹, 分析了散射特性与几何位置的关联规律。研究结果可为水下目标声学探测与特性研究提供理论参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0052
摘要:
被动声学监测中的叫声识别与分类是海洋动物保护与种群调查的重要手段。针对叫声识别与分类中存在的数据稀缺与类间不平衡问题, 数据增强方法具有重要的实用价值与研究意义。然而海洋动物叫声拥有丰富的声学信息, 仅依赖于频域特征提取缺乏对音频结构与语义的建模能力, 难以有效捕捉叫声的深层特征。为此, 文中提出了一种基于多模态掩码自编码器(MAE-MF)的数据增强网络, 突破单模态信息局限, 以梅尔频谱图为主模态, 融合时序特征与帧级统计指标构成多模态输入, 并引入语义标签作为条件引导重建。为科学验证该数据增强网络的有效性与实用价值, 文中基于MAE-MF数据增强网络, 构建鲸豚叫声识别分类模型。模型在Watkins数据集上表现优异, 相较主流算法, 频谱图重建效果更佳。实验测得6类鲸豚物种平均识别准确率达97.6%, 较基础MAE方法提升6.72个百分点。该方案可有效改善样本类别失衡问题, 也为鲸豚保护相关研究提供了可靠的技术支撑。
被动声学监测中的叫声识别与分类是海洋动物保护与种群调查的重要手段。针对叫声识别与分类中存在的数据稀缺与类间不平衡问题, 数据增强方法具有重要的实用价值与研究意义。然而海洋动物叫声拥有丰富的声学信息, 仅依赖于频域特征提取缺乏对音频结构与语义的建模能力, 难以有效捕捉叫声的深层特征。为此, 文中提出了一种基于多模态掩码自编码器(MAE-MF)的数据增强网络, 突破单模态信息局限, 以梅尔频谱图为主模态, 融合时序特征与帧级统计指标构成多模态输入, 并引入语义标签作为条件引导重建。为科学验证该数据增强网络的有效性与实用价值, 文中基于MAE-MF数据增强网络, 构建鲸豚叫声识别分类模型。模型在Watkins数据集上表现优异, 相较主流算法, 频谱图重建效果更佳。实验测得6类鲸豚物种平均识别准确率达97.6%, 较基础MAE方法提升6.72个百分点。该方案可有效改善样本类别失衡问题, 也为鲸豚保护相关研究提供了可靠的技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0144
摘要:
无人水下航行器推进系统的低速控制性能是其有效执行深海勘探、军事侦察等关键任务的前提条件。针对低速工况控制能力提升的需求, 本文系统分析了永磁同步电机驱动系统中有位置传感器方案与无位置传感器方案的局限性。旋转变压器在恶劣环境下易引入位置检测误差, 而在主流无感控制方案中, 基于反电动势的观测器存在零低速域观测盲区, 高频信号注入法虽可提升低速观测性能, 但其辨识精度易受电机参数变化影响, 且所有无感控制方案的精度均高度依赖电流采样的准确性, 使得该类方案在干扰严重的复杂工况下, 面临严峻的工程挑战。为此, 本文提出一种旋转变压器与高频方波注入相结合的混合观测低速抗扰控制策略, 通过硬件冗余与信息融合技术, 将旋变提供的绝对位置基准与高频方波注入的动态观测结果进行深度融合, 构建优势互补的观测架构, 提升系统在低速、变载及信号受扰等复杂工况下的鲁棒性。仿真结果表明所提出的方法能够有效抑制位置传感器和电流传感器的检测误差干扰, 实现转子位置的稳定精确观测, 为水下装备动力系统提供了高可靠性的控制解决方案。
无人水下航行器推进系统的低速控制性能是其有效执行深海勘探、军事侦察等关键任务的前提条件。针对低速工况控制能力提升的需求, 本文系统分析了永磁同步电机驱动系统中有位置传感器方案与无位置传感器方案的局限性。旋转变压器在恶劣环境下易引入位置检测误差, 而在主流无感控制方案中, 基于反电动势的观测器存在零低速域观测盲区, 高频信号注入法虽可提升低速观测性能, 但其辨识精度易受电机参数变化影响, 且所有无感控制方案的精度均高度依赖电流采样的准确性, 使得该类方案在干扰严重的复杂工况下, 面临严峻的工程挑战。为此, 本文提出一种旋转变压器与高频方波注入相结合的混合观测低速抗扰控制策略, 通过硬件冗余与信息融合技术, 将旋变提供的绝对位置基准与高频方波注入的动态观测结果进行深度融合, 构建优势互补的观测架构, 提升系统在低速、变载及信号受扰等复杂工况下的鲁棒性。仿真结果表明所提出的方法能够有效抑制位置传感器和电流传感器的检测误差干扰, 实现转子位置的稳定精确观测, 为水下装备动力系统提供了高可靠性的控制解决方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0164
摘要:
在海洋保护与探索事业不断推进的背景下, 传统水下驱动装置存在结构复杂、运动效率偏低等固有缺陷, 而柔性材料凭借适配性强、安全性高及灵活性足的优势, 逐渐成为水下驱动领域的研究热点。文中依托电活性聚合物(EAP)能量密度高、机电耦合效率高的核心特性, 结合弹簧的挠曲变形与弹性恢复作用, 模拟鱼体-尾鳍(BCF)推进模式的收缩与放松动态变形过程, 提出一种新型仿生尾鳍的驱动装置, 并实现尾鳍肌肉的连续的顺应性变化。基于流体力学理论, 系统分析尾鳍运动学与推进力之间的耦合作用机制, 构建鱼类鳍条摆动的瞬时力学模型, 并融入实验数据进行求解。利用Fluent软件建立三维数值仿真模型, 通过动网格计算结果与力学模型预测结果的对比分析, 完成模型的有效性验证, 为新型仿生驱动机械鱼的设计开发提供了可靠的理论支撑与实验依据。
在海洋保护与探索事业不断推进的背景下, 传统水下驱动装置存在结构复杂、运动效率偏低等固有缺陷, 而柔性材料凭借适配性强、安全性高及灵活性足的优势, 逐渐成为水下驱动领域的研究热点。文中依托电活性聚合物(EAP)能量密度高、机电耦合效率高的核心特性, 结合弹簧的挠曲变形与弹性恢复作用, 模拟鱼体-尾鳍(BCF)推进模式的收缩与放松动态变形过程, 提出一种新型仿生尾鳍的驱动装置, 并实现尾鳍肌肉的连续的顺应性变化。基于流体力学理论, 系统分析尾鳍运动学与推进力之间的耦合作用机制, 构建鱼类鳍条摆动的瞬时力学模型, 并融入实验数据进行求解。利用Fluent软件建立三维数值仿真模型, 通过动网格计算结果与力学模型预测结果的对比分析, 完成模型的有效性验证, 为新型仿生驱动机械鱼的设计开发提供了可靠的理论支撑与实验依据。
