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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0048
摘要:
针对传统水下图像增强方法中非物理模型方法缺乏退化机理约束、易产生欠增强或过增强, 以及物理模型方法关键参数估计稳定性受限的问题, 文中提出一种基于退化感知先验引导的自适应水下图像增强方法。该方法以图像局部统计特征为退化表征, 构建具有物理解释性的退化感知先验, 从而在不依赖目标数据集网络训练、且不显式求解完整水下成像模型参数的前提下, 保持非物理模型方法处理的灵活性并为增强过程提供退化机理约束。首先, 通过最小衰减通道策略校正色偏, 并基于引导滤波估计图像的非均匀环境光场实现亮度自适应均衡。随后, 针对水下退化规律将图像的局部对比度方差、环境光场偏移、局部能量统计和梯度幅值分别映射为雾度分布、曝光风险、噪声分布和结构显著性四种退化感知先验, 引导局部去雾和多尺度纹理增强。实验结果表明, 该方法在校正色偏、结构保持和细节纹理增强方面具有较好表现, 并在运行效率上有一定优势。
针对传统水下图像增强方法中非物理模型方法缺乏退化机理约束、易产生欠增强或过增强, 以及物理模型方法关键参数估计稳定性受限的问题, 文中提出一种基于退化感知先验引导的自适应水下图像增强方法。该方法以图像局部统计特征为退化表征, 构建具有物理解释性的退化感知先验, 从而在不依赖目标数据集网络训练、且不显式求解完整水下成像模型参数的前提下, 保持非物理模型方法处理的灵活性并为增强过程提供退化机理约束。首先, 通过最小衰减通道策略校正色偏, 并基于引导滤波估计图像的非均匀环境光场实现亮度自适应均衡。随后, 针对水下退化规律将图像的局部对比度方差、环境光场偏移、局部能量统计和梯度幅值分别映射为雾度分布、曝光风险、噪声分布和结构显著性四种退化感知先验, 引导局部去雾和多尺度纹理增强。实验结果表明, 该方法在校正色偏、结构保持和细节纹理增强方面具有较好表现, 并在运行效率上有一定优势。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0067
摘要:
针对欠驱动自主水下航行器(AUV)在深度-航向跟踪与横滚姿态稳定过程中面临的横移/横滚无独立执行器、舵面耦合、输入约束以及时变海流扰动等问题, 提出一种融合自适应线性变参数模型预测控制(LPV-MPC)、非奇异快速终端滑模扩展状态观测器(NFTSM-ESO)与横滚-比例微分(Roll-PD)内环的协同控制方法。基于升沉舵、方向舵在横滚姿态下的有效舵效变化, 建立随横滚角调度的深度-横滚-航向LPV误差模型, 用以刻画横滚姿态对深度和航向通道的耦合影响。在此基础上, 设计误差-扰动双指标驱动的自适应LPV-MPC, 在舵角幅值、舵角变化率和横滚软约束下在线求解控制增量序列, 生成约束可行的舵角指令。进一步构造NFTSM-ESO对海流、波浪诱导力矩、水动力参数不确定性及未建模项形成的总扰动进行快速、平滑估计, 并将扰动估计作为前馈补偿与权重调度依据。横滚PD内环在方向舵通道内提供高带宽横滚阻尼补偿, 降低横滚-航向耦合对外环预测模型的影响。仿真结果及消融实验表明, 所提方法相较于标准MPC+LESO、固定权重LPV-MPC以及无横滚内环方案, 可降低深度误差、航向误差和横滚振荡, 并保持舵角约束可行性, 为欠驱动AUV在复杂扰动环境下的深度-航向协同控制提供一种可解释、实时性较强的控制框架。
针对欠驱动自主水下航行器(AUV)在深度-航向跟踪与横滚姿态稳定过程中面临的横移/横滚无独立执行器、舵面耦合、输入约束以及时变海流扰动等问题, 提出一种融合自适应线性变参数模型预测控制(LPV-MPC)、非奇异快速终端滑模扩展状态观测器(NFTSM-ESO)与横滚-比例微分(Roll-PD)内环的协同控制方法。基于升沉舵、方向舵在横滚姿态下的有效舵效变化, 建立随横滚角调度的深度-横滚-航向LPV误差模型, 用以刻画横滚姿态对深度和航向通道的耦合影响。在此基础上, 设计误差-扰动双指标驱动的自适应LPV-MPC, 在舵角幅值、舵角变化率和横滚软约束下在线求解控制增量序列, 生成约束可行的舵角指令。进一步构造NFTSM-ESO对海流、波浪诱导力矩、水动力参数不确定性及未建模项形成的总扰动进行快速、平滑估计, 并将扰动估计作为前馈补偿与权重调度依据。横滚PD内环在方向舵通道内提供高带宽横滚阻尼补偿, 降低横滚-航向耦合对外环预测模型的影响。仿真结果及消融实验表明, 所提方法相较于标准MPC+LESO、固定权重LPV-MPC以及无横滚内环方案, 可降低深度误差、航向误差和横滚振荡, 并保持舵角约束可行性, 为欠驱动AUV在复杂扰动环境下的深度-航向协同控制提供一种可解释、实时性较强的控制框架。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0046
摘要:
针对水面母船通过长脐带缆驱动水下永磁同步电机的重载起动困难和过渡过程不稳定等问题, 提出一种基于电机侧转子位置估计和三阶段平滑切换的新型无位置传感器控制方案。首先, 构建“水下观测-水上控制”的分布式架构, 减少电流电压采样的失真度, 从而提高转子位置估计的准确性; 其次, 设计包含I-f流频比加速、给定坐标系预同步及闭环误差在线补偿的三阶段起动和切换方法。最后, 仿真结果表明, 相较于两阶段切换策略, 文中方法在重载工况下, 由开环I-f控制切换至闭环转速控制时, 转速振荡峰值、q轴电流振荡幅值分别下降83.7%、88.5%, 有效改善了长电缆重载起动的平稳性, 提升了系统可靠性与鲁棒性。
针对水面母船通过长脐带缆驱动水下永磁同步电机的重载起动困难和过渡过程不稳定等问题, 提出一种基于电机侧转子位置估计和三阶段平滑切换的新型无位置传感器控制方案。首先, 构建“水下观测-水上控制”的分布式架构, 减少电流电压采样的失真度, 从而提高转子位置估计的准确性; 其次, 设计包含I-f流频比加速、给定坐标系预同步及闭环误差在线补偿的三阶段起动和切换方法。最后, 仿真结果表明, 相较于两阶段切换策略, 文中方法在重载工况下, 由开环I-f控制切换至闭环转速控制时, 转速振荡峰值、q轴电流振荡幅值分别下降83.7%、88.5%, 有效改善了长电缆重载起动的平稳性, 提升了系统可靠性与鲁棒性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0039
摘要:
针对水下航行器作战效能评估的问题, 构建了包含9项核心指标与6项非线性交互指标的潜航器侦察作战效能评估指标体系; 传统BP神经网络在评估作战效能时易陷入局部最优, 因此采用贝叶斯优化(BO)对BP神经网络进行超参数寻优, 构建基于BO-BP神经网络的潜航器作战效能评估模型, 并利用Python实现了模型的仿真验证。仿真计算结果表明: 本文所构建的作战效能评估指标体系与工程化适配方案, 能够更准确反映潜航器真实作战效能, 可为潜航器装备论证、作战部署与改装升级提供了更具实战价值的参考, 相较于通用化评估方案, 在场景贴合度、评估精准度与工程实用价值上均有明显提升。
针对水下航行器作战效能评估的问题, 构建了包含9项核心指标与6项非线性交互指标的潜航器侦察作战效能评估指标体系; 传统BP神经网络在评估作战效能时易陷入局部最优, 因此采用贝叶斯优化(BO)对BP神经网络进行超参数寻优, 构建基于BO-BP神经网络的潜航器作战效能评估模型, 并利用Python实现了模型的仿真验证。仿真计算结果表明: 本文所构建的作战效能评估指标体系与工程化适配方案, 能够更准确反映潜航器真实作战效能, 可为潜航器装备论证、作战部署与改装升级提供了更具实战价值的参考, 相较于通用化评估方案, 在场景贴合度、评估精准度与工程实用价值上均有明显提升。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0065
摘要:
受鱼类侧线系统中的表皮神经丘结构启发, 文中提出一种基于摩擦纳米发电机的仿生鱼类侧线传感器(BFLS)。当外部流场作用于传感器时, 其圆顶结构发生偏转并驱动内部球形触发器使感知单元中的导电织物和氟化乙烯丙烯薄膜发生接触分离运动, 从而产生对应的电信号输出。通过对传感器的碳纤维连接杆和感知单元背部弹簧等结构参数优化, 显著提升BFLS的感知性能。水下实验结果表明, BFLS能够实现以22.5°为间隔完成对水下流速和流向的有效感知。BFLS的输出电信号与流速之间的线性拟合决定系数超过0.9, 流速检测灵敏度约为3.2 V/ms−1, 说明BFLS对水下流速具有可靠的感知能力。此外, BFLS还具有结构简单、制造成本低以及自供电等优势。该传感器有望在海洋环境中的水下流场监测领域发挥重要作用。
受鱼类侧线系统中的表皮神经丘结构启发, 文中提出一种基于摩擦纳米发电机的仿生鱼类侧线传感器(BFLS)。当外部流场作用于传感器时, 其圆顶结构发生偏转并驱动内部球形触发器使感知单元中的导电织物和氟化乙烯丙烯薄膜发生接触分离运动, 从而产生对应的电信号输出。通过对传感器的碳纤维连接杆和感知单元背部弹簧等结构参数优化, 显著提升BFLS的感知性能。水下实验结果表明, BFLS能够实现以22.5°为间隔完成对水下流速和流向的有效感知。BFLS的输出电信号与流速之间的线性拟合决定系数超过0.9, 流速检测灵敏度约为3.2 V/ms−1, 说明BFLS对水下流速具有可靠的感知能力。此外, BFLS还具有结构简单、制造成本低以及自供电等优势。该传感器有望在海洋环境中的水下流场监测领域发挥重要作用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0084
摘要:
捷联惯性导航系统(SINS)与超短基线水声定位系统(USBL)组合是深海导航的主流方案, 传感器高精度标定是保障系统性能的核心。现有标定方法在深海声线弯曲修正过程中实时性不足, 且传统标定常忽略水声量测随机时延抖动与空间误差的强耦合特性, 导致标定精度受限, 进而制约了导航系统在深海场景的作业精度与适配性。为此, 文中提出一种融合有效声速表与时延估计的在线联合标定方法。首先, 离线构建应答器深度、初始掠射角与有效声速的精细化映射表, 在线执行一阶双线性插值以规避声线跟踪的复杂迭代, 实现声速误差的实时修正; 此外, 通过时延回溯计算历史位置和姿态矩阵, 并将时延建模为一阶马尔可夫过程, 以补偿信息重构带来的时间抖动, 从而确保水声量测动态更新; 最后, 将声速误差修正方法与残余时延模型纳入状态估计框架, 通过多源误差联合闭环估计, 实现USBL测距畸变与安装误差角的联合校正。仿真与实测结果表明, 所提方法能够有效抑制深海声速扰动误差、削弱量测迟滞带来的负面影响, 相较于未考虑深海误差方法, 标定结果可提升导航定位精度提升约90.1%。
捷联惯性导航系统(SINS)与超短基线水声定位系统(USBL)组合是深海导航的主流方案, 传感器高精度标定是保障系统性能的核心。现有标定方法在深海声线弯曲修正过程中实时性不足, 且传统标定常忽略水声量测随机时延抖动与空间误差的强耦合特性, 导致标定精度受限, 进而制约了导航系统在深海场景的作业精度与适配性。为此, 文中提出一种融合有效声速表与时延估计的在线联合标定方法。首先, 离线构建应答器深度、初始掠射角与有效声速的精细化映射表, 在线执行一阶双线性插值以规避声线跟踪的复杂迭代, 实现声速误差的实时修正; 此外, 通过时延回溯计算历史位置和姿态矩阵, 并将时延建模为一阶马尔可夫过程, 以补偿信息重构带来的时间抖动, 从而确保水声量测动态更新; 最后, 将声速误差修正方法与残余时延模型纳入状态估计框架, 通过多源误差联合闭环估计, 实现USBL测距畸变与安装误差角的联合校正。仿真与实测结果表明, 所提方法能够有效抑制深海声速扰动误差、削弱量测迟滞带来的负面影响, 相较于未考虑深海误差方法, 标定结果可提升导航定位精度提升约90.1%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0174
摘要:
水下作业平台的推进系统通常被集成在狭窄的舱体中, 空间布局高度受限。传统永磁同步电机矢量控制系统依赖于多个电流传感器与位置传感器, 不仅挤占了功率器件的散热空间, 而且在深海高压腐蚀环境中面临更高的传感器失效风险。为应对上述问题, 文中提出一种紧凑型无感控制方案, 融合单电流传感器技术与扩展卡尔曼滤波(EKF), 以简化系统硬件结构。针对单电流传感器技术存在的测量盲区问题, 通过优化空间矢量调制时序, 在有效电压矢量作用时间不足时主动插入专用的非零测量矢量, 以构建稳定的电流采样窗口, 从而有效改善重构相电流波形的畸变。此外, 为了提升系统在动态负载下的响应速度, 改进了EKF观测器, 将负载转矩作为扩展状态变量进行实时辨识, 并通过前馈补偿机制增强系统对负载扰动的抑制能力。实验结果表明, 重构电流波形与实际电流波形高度吻合。与传统EKF、滑模观测器(SMO)、龙贝格-滑模观测器(L-SMO)相比, 改进EKF在转速波动抑制与恢复速度上表现更优。所提方案在简化硬件结构的同时, 兼备高精度与强鲁棒性的控制性能, 适用于复杂水下作业环境。
水下作业平台的推进系统通常被集成在狭窄的舱体中, 空间布局高度受限。传统永磁同步电机矢量控制系统依赖于多个电流传感器与位置传感器, 不仅挤占了功率器件的散热空间, 而且在深海高压腐蚀环境中面临更高的传感器失效风险。为应对上述问题, 文中提出一种紧凑型无感控制方案, 融合单电流传感器技术与扩展卡尔曼滤波(EKF), 以简化系统硬件结构。针对单电流传感器技术存在的测量盲区问题, 通过优化空间矢量调制时序, 在有效电压矢量作用时间不足时主动插入专用的非零测量矢量, 以构建稳定的电流采样窗口, 从而有效改善重构相电流波形的畸变。此外, 为了提升系统在动态负载下的响应速度, 改进了EKF观测器, 将负载转矩作为扩展状态变量进行实时辨识, 并通过前馈补偿机制增强系统对负载扰动的抑制能力。实验结果表明, 重构电流波形与实际电流波形高度吻合。与传统EKF、滑模观测器(SMO)、龙贝格-滑模观测器(L-SMO)相比, 改进EKF在转速波动抑制与恢复速度上表现更优。所提方案在简化硬件结构的同时, 兼备高精度与强鲁棒性的控制性能, 适用于复杂水下作业环境。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0037
摘要:
在水下精准高效毁伤技术发展背景下, 对机动目标的毁伤效能评估需要更为全面地考量制导、引信及战斗部等多分系统参数综合作用。文中提出了一种引入末制导机制的水下机动武器毁伤效能评估方法。该方法通过回溯末制导机制, 并引入控制与导引2类误差模型, 对随机弹道进行蒙特卡洛抽样以获取炸点位置。选取3种典型制导律构建末弹道模型, 实现机动条件下的毁伤效能分析。算例分析表明, 相比于直接瞄准法, 滑模制导律打击机动目标的重度毁伤概率更高, 文中还以比例引导法打击蛇行目标为例, 分析了多项耦合参数对最终毁伤效能的影响, 结果表明, 为实现稳定高效的毁伤, 弹药需达2~3倍目标速度、1.5以上的导引系数, 较为理想的引信启动距离为2.5~4 m, 较为理想的延迟时间为0.4s以下。文中方法综合考虑制导-引信-战斗部多分系统参数, 能够更准确全面地反映机动条件下参数对毁伤结果的影响, 可为水下武器的优化设计与作战运用提供参考。
在水下精准高效毁伤技术发展背景下, 对机动目标的毁伤效能评估需要更为全面地考量制导、引信及战斗部等多分系统参数综合作用。文中提出了一种引入末制导机制的水下机动武器毁伤效能评估方法。该方法通过回溯末制导机制, 并引入控制与导引2类误差模型, 对随机弹道进行蒙特卡洛抽样以获取炸点位置。选取3种典型制导律构建末弹道模型, 实现机动条件下的毁伤效能分析。算例分析表明, 相比于直接瞄准法, 滑模制导律打击机动目标的重度毁伤概率更高, 文中还以比例引导法打击蛇行目标为例, 分析了多项耦合参数对最终毁伤效能的影响, 结果表明, 为实现稳定高效的毁伤, 弹药需达2~3倍目标速度、1.5以上的导引系数, 较为理想的引信启动距离为2.5~4 m, 较为理想的延迟时间为0.4s以下。文中方法综合考虑制导-引信-战斗部多分系统参数, 能够更准确全面地反映机动条件下参数对毁伤结果的影响, 可为水下武器的优化设计与作战运用提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0092
摘要:
为明确浮箱前侧夹角对两栖车静水航行阻力、姿态响应及局部流场的影响, 以某型两栖车为研究对象, 基于雷诺平均纳维–斯托克斯(RANS)方程, 在计算流体力学(CFD)框架下, 结合剪切应力传递(SST)k-ω湍流模型与体积分数法(VOF)自由液面模型, 研究浮箱前侧几何夹角对车辆水动力特性的影响。通过改变浮箱前斜面夹角α1与外侧导流面夹角α2, 在固定排水状态和6 m·s−1航速工况下, 对车辆航行阻力、纵摇、垂荡以及自由液面形态和压力分布进行对比分析, 并通过拖曳水池试验验证数值方法的可靠性。结果表明: 在本文考察的参数范围内, 随着α1由15°增大至35°, 归一化阻力R/∇由2.509增至2.690, 增幅约7.2%, 较大α1工况下浮箱前缘迎流高压区扩大, 自由液面扰动和兴波作用增强; 纵摇角呈先小幅减小后逐渐增大的变化趋势, 垂荡量则先减小后小幅波动。在已计算的离散工况中, α1=25°时垂荡量最小, 为0.009 529 m, 此时R/∇为2.542, 较α1=15°工况增加约1.3%, 纵摇角为4.255°, 因此不同性能指标对应的有利夹角并不一致, 其综合性能仍需依据明确的多指标评价方法进行权衡。相比之下, α2变化引起的阻力响应幅度较小, 其中α2=30°时R/∇达到所考察工况中的最大值2.650, 并伴随较强的横向波系干涉。研究表明, 浮箱前侧夹角可通过改变局部压力分布、车辆姿态响应和自由液面波系影响航行阻力, 相关结果可为本文车辆浮箱前侧几何参数的选取及后续优化研究提供参考。
为明确浮箱前侧夹角对两栖车静水航行阻力、姿态响应及局部流场的影响, 以某型两栖车为研究对象, 基于雷诺平均纳维–斯托克斯(RANS)方程, 在计算流体力学(CFD)框架下, 结合剪切应力传递(SST)k-ω湍流模型与体积分数法(VOF)自由液面模型, 研究浮箱前侧几何夹角对车辆水动力特性的影响。通过改变浮箱前斜面夹角α1与外侧导流面夹角α2, 在固定排水状态和6 m·s−1航速工况下, 对车辆航行阻力、纵摇、垂荡以及自由液面形态和压力分布进行对比分析, 并通过拖曳水池试验验证数值方法的可靠性。结果表明: 在本文考察的参数范围内, 随着α1由15°增大至35°, 归一化阻力R/∇由2.509增至2.690, 增幅约7.2%, 较大α1工况下浮箱前缘迎流高压区扩大, 自由液面扰动和兴波作用增强; 纵摇角呈先小幅减小后逐渐增大的变化趋势, 垂荡量则先减小后小幅波动。在已计算的离散工况中, α1=25°时垂荡量最小, 为0.009 529 m, 此时R/∇为2.542, 较α1=15°工况增加约1.3%, 纵摇角为4.255°, 因此不同性能指标对应的有利夹角并不一致, 其综合性能仍需依据明确的多指标评价方法进行权衡。相比之下, α2变化引起的阻力响应幅度较小, 其中α2=30°时R/∇达到所考察工况中的最大值2.650, 并伴随较强的横向波系干涉。研究表明, 浮箱前侧夹角可通过改变局部压力分布、车辆姿态响应和自由液面波系影响航行阻力, 相关结果可为本文车辆浮箱前侧几何参数的选取及后续优化研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0051
摘要:
自主水下航行器(AUV)自主对接是水下驻留系统实现长期连续作业、能量补给与数据回传的关键环节, 其性能直接影响系统运行效率与长期可靠性。近年来, 面向复杂海洋环境的AUV对接技术已由早期功能验证发展为涵盖对接站结构、定位导航、规划控制及能源与数据管理的系统化技术体系, 呈现出结构、感知、控制与能源深度耦合的发展特征。然而, 现有研究在环境适应性、感知退化条件下鲁棒性、长期运行可靠性评估及系统级协同设计等方面仍存在不足。文中系统梳理了水下驻留场景下AUV对接站结构、分阶段定位导航、规划控制及能源与数据管理等关键技术进展, 分析其内在关联与面临挑战。研究表明, AUV对接技术正由单项性能提升转向面向不确定环境的系统级容错与协同优化。
自主水下航行器(AUV)自主对接是水下驻留系统实现长期连续作业、能量补给与数据回传的关键环节, 其性能直接影响系统运行效率与长期可靠性。近年来, 面向复杂海洋环境的AUV对接技术已由早期功能验证发展为涵盖对接站结构、定位导航、规划控制及能源与数据管理的系统化技术体系, 呈现出结构、感知、控制与能源深度耦合的发展特征。然而, 现有研究在环境适应性、感知退化条件下鲁棒性、长期运行可靠性评估及系统级协同设计等方面仍存在不足。文中系统梳理了水下驻留场景下AUV对接站结构、分阶段定位导航、规划控制及能源与数据管理等关键技术进展, 分析其内在关联与面临挑战。研究表明, AUV对接技术正由单项性能提升转向面向不确定环境的系统级容错与协同优化。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0077
摘要:
针对微型水下航行器在宽速域运行条件下微型轴流式汽轮机面临的效率问题, 开展了变工况损耗演化机理研究。基于Modelica语言, 构建了热-机-流多物理场耦合机理模型, 引入了轮盘摩擦损失、部分进汽损失、叶顶间隙泄漏损失及余速损失等微尺度非线性损耗修正。通过典型任务剖面的瞬态仿真与全速域参数扫描, 揭示了变工况过程中损耗机制的阶段性演变: 低速巡航阶段, 余速损失、轮盘摩擦损失与部分进汽损失占比相近, 形成三者协同主导的局面, 同时泄漏损失构成较为稳定的损耗; 高速突击阶段, 部分进汽损失与轮盘摩擦损失成为主导损耗源。进一步研究表明, 系统性能受运行参数与几何参数显著影响: 提高进口压力和进口温度可降低损耗占比, 但是要注意进口参数和气动特性的匹配; 控制叶顶间隙、适当增大部分进汽度并采用偏小的动叶出口角, 可有效抑制动能耗散与微尺度损失, 改善全工况效率。研究结果为微型动力系统的能量管理、高效运行区间界定及结构优化提供了理论依据与仿真支撑。
针对微型水下航行器在宽速域运行条件下微型轴流式汽轮机面临的效率问题, 开展了变工况损耗演化机理研究。基于Modelica语言, 构建了热-机-流多物理场耦合机理模型, 引入了轮盘摩擦损失、部分进汽损失、叶顶间隙泄漏损失及余速损失等微尺度非线性损耗修正。通过典型任务剖面的瞬态仿真与全速域参数扫描, 揭示了变工况过程中损耗机制的阶段性演变: 低速巡航阶段, 余速损失、轮盘摩擦损失与部分进汽损失占比相近, 形成三者协同主导的局面, 同时泄漏损失构成较为稳定的损耗; 高速突击阶段, 部分进汽损失与轮盘摩擦损失成为主导损耗源。进一步研究表明, 系统性能受运行参数与几何参数显著影响: 提高进口压力和进口温度可降低损耗占比, 但是要注意进口参数和气动特性的匹配; 控制叶顶间隙、适当增大部分进汽度并采用偏小的动叶出口角, 可有效抑制动能耗散与微尺度损失, 改善全工况效率。研究结果为微型动力系统的能量管理、高效运行区间界定及结构优化提供了理论依据与仿真支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0066
摘要:
针对传统蚁群算法在水下巡检机器人路径规划时存在收敛速度慢、易陷入局部最优、水下环境适应性差的问题, 提出一种改进蚁群算法。首先优化蚁群信息素更新策略, 构建包含路径长度、安全性、平滑性与水流适配性的综合评价函数, 通过路径适应度高低来动态调整信息素释放系数大小, 并根据迭代进度动态调整信息素挥发系数, 在算法迭代后期加快收敛速度; 其次在启发函数中引入水流因素与障碍物距离因素, 引导蚂蚁选择质量更好的路径; 随后融合模拟退火机制避免算法陷入局部最优; 最后结合B样条曲线对路径做平滑性处理, 减少水下机器人的能耗。仿真结果表明, 改进蚁群算法不仅收敛速度更快、转点数量更少, 还缩短了最优路径长度。
针对传统蚁群算法在水下巡检机器人路径规划时存在收敛速度慢、易陷入局部最优、水下环境适应性差的问题, 提出一种改进蚁群算法。首先优化蚁群信息素更新策略, 构建包含路径长度、安全性、平滑性与水流适配性的综合评价函数, 通过路径适应度高低来动态调整信息素释放系数大小, 并根据迭代进度动态调整信息素挥发系数, 在算法迭代后期加快收敛速度; 其次在启发函数中引入水流因素与障碍物距离因素, 引导蚂蚁选择质量更好的路径; 随后融合模拟退火机制避免算法陷入局部最优; 最后结合B样条曲线对路径做平滑性处理, 减少水下机器人的能耗。仿真结果表明, 改进蚁群算法不仅收敛速度更快、转点数量更少, 还缩短了最优路径长度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0025
摘要:
针对复杂海流环境显著影响自主水下航行器(AUV)航行效能与能源效率的问题, 文中提出一种融合流场导向采样的双向快速扩展随机树与改进人工势场法的能耗优化路径规划算法(FAPF-Bi-RRT*)。首先, 设计基于流场信息的多策略采样概率修正方法, 通过计算流场与目标方向的一致性度量, 动态调整采样权重, 引导随机树向顺流及低能耗区域扩展, 解决传统 RRT* 盲目搜索的问题; 其次, 建立自适应流场势场模型, 将海流的推阻作用转化为势场梯度, 并在人工势场中引入流场增益自适应调节机制, 实时辅助节点扩展与重连, 避免逆流陷阱; 最后, 构建包含路径长度与能量消耗的复合代价函数进行渐进寻优。在真实地形与流场数据下的仿真结果表明, 该算法在保证概率完备性与避障能力的同时, 在强流场环境中与传统Bi-RRT*算法相比路径长度降低约14%, 路径能耗降低约10%, 实现了复杂海洋环境下的高效、节能路径规划。
针对复杂海流环境显著影响自主水下航行器(AUV)航行效能与能源效率的问题, 文中提出一种融合流场导向采样的双向快速扩展随机树与改进人工势场法的能耗优化路径规划算法(FAPF-Bi-RRT*)。首先, 设计基于流场信息的多策略采样概率修正方法, 通过计算流场与目标方向的一致性度量, 动态调整采样权重, 引导随机树向顺流及低能耗区域扩展, 解决传统 RRT* 盲目搜索的问题; 其次, 建立自适应流场势场模型, 将海流的推阻作用转化为势场梯度, 并在人工势场中引入流场增益自适应调节机制, 实时辅助节点扩展与重连, 避免逆流陷阱; 最后, 构建包含路径长度与能量消耗的复合代价函数进行渐进寻优。在真实地形与流场数据下的仿真结果表明, 该算法在保证概率完备性与避障能力的同时, 在强流场环境中与传统Bi-RRT*算法相比路径长度降低约14%, 路径能耗降低约10%, 实现了复杂海洋环境下的高效、节能路径规划。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0165
摘要:
文中采用嵌套网格技术和运动参考系相结合的方法, 建立了水下航行器在母艇绕流条件下的外流场数值模型, 采用文献标模试验结果验证了数值方法的合理性, 研究了母艇绕流对航行器外流场及流体动力特性的影响。结果表明, 航行器位于母艇前侧方时受到的影响最大, 航行器的阻力系数、侧向力系数、偏航力矩系数表现出非线性; 随着航行器与母艇间距的增加母艇绕流的影响逐渐减弱, 当间距大于1.75倍母艇直径时该影响可忽略; 随着母艇速度增加, 航行器流体动力参数受母艇绕流的影响增大。研究结果可为水下航行器在母艇附近航行的弹道预测提供参考。
文中采用嵌套网格技术和运动参考系相结合的方法, 建立了水下航行器在母艇绕流条件下的外流场数值模型, 采用文献标模试验结果验证了数值方法的合理性, 研究了母艇绕流对航行器外流场及流体动力特性的影响。结果表明, 航行器位于母艇前侧方时受到的影响最大, 航行器的阻力系数、侧向力系数、偏航力矩系数表现出非线性; 随着航行器与母艇间距的增加母艇绕流的影响逐渐减弱, 当间距大于1.75倍母艇直径时该影响可忽略; 随着母艇速度增加, 航行器流体动力参数受母艇绕流的影响增大。研究结果可为水下航行器在母艇附近航行的弹道预测提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0045
摘要:
跨介质航行器旋翼在介质转换过程中, 因介质物理参数突变面临复杂瞬时应变问题, 长期交变载荷易引发桨叶微裂纹萌生、扩展甚至断裂, 严重威胁航行器运行可靠性与任务连续性。为解决旋翼出入水状态感知及损伤监测核心难题, 文中构建“信号采集-处理-特征提取-模型训练-状态感知”的完整技术体系: 实验装置通过导轨控制旋翼驱动结构出入水, 利用光纤光栅解调仪实时采集旋翼出入水全过程信号, 选取奇异点剔除法识别并剔除异常数据点, 完整保留信号入水、水中及出水特征, 通过图像转换保留时间序列的时间戳与幅度信息, 增强时间相关性特征并消除冗余, 而后将特征信号和转换图像用于模型训练。结果表明, 训练模型实现了跨介质航行器旋翼出入水状态的精准识别与实时损伤预警, 为航行器航线调整提供决策支持, 有效提升其智能感知与突防能力, 同时推动光学监测技术在跨介质航行器领域的深入应用。
跨介质航行器旋翼在介质转换过程中, 因介质物理参数突变面临复杂瞬时应变问题, 长期交变载荷易引发桨叶微裂纹萌生、扩展甚至断裂, 严重威胁航行器运行可靠性与任务连续性。为解决旋翼出入水状态感知及损伤监测核心难题, 文中构建“信号采集-处理-特征提取-模型训练-状态感知”的完整技术体系: 实验装置通过导轨控制旋翼驱动结构出入水, 利用光纤光栅解调仪实时采集旋翼出入水全过程信号, 选取奇异点剔除法识别并剔除异常数据点, 完整保留信号入水、水中及出水特征, 通过图像转换保留时间序列的时间戳与幅度信息, 增强时间相关性特征并消除冗余, 而后将特征信号和转换图像用于模型训练。结果表明, 训练模型实现了跨介质航行器旋翼出入水状态的精准识别与实时损伤预警, 为航行器航线调整提供决策支持, 有效提升其智能感知与突防能力, 同时推动光学监测技术在跨介质航行器领域的深入应用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0006
摘要:
针对复杂水域环境单一遥感平台或同构数据的水深反演精度低问题, 文中提出一种基于多模态异构传感器的无人机-无人船协同水深反演模型。该模型先通过多光谱指数联合提取目标水体, 再融合双平台多模态传感器数据, 利用梯度提升决策树(GBDT)挖掘非线性映射关系以反演水深。实验表明, 模型决定系数达0.971, 均方根误差为0.31 m, 水深波动控制在±0.2 m内, 精度显著优于传统对比方法。
针对复杂水域环境单一遥感平台或同构数据的水深反演精度低问题, 文中提出一种基于多模态异构传感器的无人机-无人船协同水深反演模型。该模型先通过多光谱指数联合提取目标水体, 再融合双平台多模态传感器数据, 利用梯度提升决策树(GBDT)挖掘非线性映射关系以反演水深。实验表明, 模型决定系数达0.971, 均方根误差为0.31 m, 水深波动控制在±0.2 m内, 精度显著优于传统对比方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0171
摘要:
针对存放地域偏远、不宜频繁运输、难以集中检测的水下无人装备检测需求, 文中基于电源分系统、X射线源分系统、探测采集传输分系统等硬件设备搭建了车载工业计算机断层成像(CT)无损缺陷检测及识别系统, 并结合深度神经网络研制了工业CT检测产品缺陷图像识别软件, 实现对检测图像处理及产品内部缺陷的识别和标识。经实际检测测试, 该系统能够很好地检测和识别水下无人装备内部高能填充物的孔洞、裂隙、脱粘等缺陷, 成像准确率超过98%, 缺陷识别漏检率和虚警率均不超过5%。该系统能够适应产品的不同材料和外形结构, 能够在多种环境下工作, 具有较好的应用前景。
针对存放地域偏远、不宜频繁运输、难以集中检测的水下无人装备检测需求, 文中基于电源分系统、X射线源分系统、探测采集传输分系统等硬件设备搭建了车载工业计算机断层成像(CT)无损缺陷检测及识别系统, 并结合深度神经网络研制了工业CT检测产品缺陷图像识别软件, 实现对检测图像处理及产品内部缺陷的识别和标识。经实际检测测试, 该系统能够很好地检测和识别水下无人装备内部高能填充物的孔洞、裂隙、脱粘等缺陷, 成像准确率超过98%, 缺陷识别漏检率和虚警率均不超过5%。该系统能够适应产品的不同材料和外形结构, 能够在多种环境下工作, 具有较好的应用前景。
, 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.2096-3920.2026-0083
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。
