水下无人系统学报

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魏照宇, 石秀华, 王生武

2011, 19(3): 161-166. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.001

[摘要](1583) [PDF 444KB](680)

摘要:
为了对楔形体常速入水的抨击问题进行研究, 本文在数值求解过程中, 利用了以柯西积分为积分方程的复数变量边界元法, 并使用了非线性自由面边界条件迭代法, 结合浅水近似对射流进行了处理。利用3次样条插值对自由面上的网格进行了划分, 并详细讨论了网格、控制体大小的选取及一些相关数值方法, 得到了各种不同底升角楔形体入水物体表面的压力分布和自由面隆起及射流。结果表明, 当底升角很小时物体表面压力很大, 射流又细又长, 压力分布在射流处接近零, 且没有振荡和毛刺, 说明这种射流处理方法能很好地模拟射流飞溅。

高速串行RapidIO总线背板信号完整性仿真研究

李彦, 吴培明, 寇小明

2011, 19(3): 167-171. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.002

[摘要](1304) [PDF 811KB](1141)

摘要:
信号完整性(SI)是高速电路设计面临的一个主要问题。对109 Hz以上高速信号的信号完整性问题从原理上进行了详细分析, 并针对损耗、串扰、反射等因素提出了改善信号完整性的方法。在高速串行RapidIO总线背板的设计中, 探索出一套利用HyperLynx工具进行仿真分析和设计验证的方法, 即利用前仿真工具LineSim对影响信号完整性的主要参数进行评估, 形成设计指导数据; 利用后仿真工具BoardSim对布线后的高速背板进行验证, 从理论上证明了高速串行RapidIO总线背板的设计是可行的。

水雷攻击直升机弹道设计与仿真

张纪华, 张宇文, 范辉

2011, 19(3): 172-175. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.003

[摘要](1717) [PDF 325KB](654)

摘要:
针对传统水雷无法防范直升机的猎雷、扫雷问题, 提出了利用水雷出水攻击直升机的解决方案, 分析了出水过程中介质发生突变时水雷的受力变化, 建立了水雷水中、空中运动方程组和直升机的运动数学模型, 设计了水雷的出水攻击弹道, 并通过仿真程序对攻击弹道进行研究。仿真结果表明, 所设计的水雷攻击直升机弹道是可行的。

一种基于快速傅里叶变换反鱼雷鱼雷主动声引信回波检测方法

李耀波, 孙常存, 任志良, 王拓

2011, 19(3): 176-180. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.004

[摘要](1858) [PDF 304KB](798)

摘要:
为了实现反鱼雷鱼雷(ATT)声引信在强混响背景下对回波信号的检测, 利用反鱼雷鱼雷主动声引信目标回波信号与混响噪声之间的特性差异, 基于多普勒频移这一特征量设计了基于快速傅里叶变换（FFT）的回波信号检测方法。在降低了接收机设备量的同时, 实现了-50 ~50 kHz的频率搜索范围。最后, 通过蒙特卡罗方法仿真分析了接收系统工作特性。研究结果表明, 基于FFT的反鱼雷鱼雷主动声引信检测系统可以实现对强混响背景下目标回波的检测。当信噪比高于3 dB时, 在虚警概率P_f =10^-4下, 检测系统检测概率达到0.999 5以上。

鱼雷电磁引信接收机对欺骗式干扰抗干扰能力评估

张涛, 任志良, 孙常存, 李耀波

2011, 19(3): 181-186. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.005

[摘要](1461) [PDF 301KB](694)

摘要:
为了定量分析和评估鱼雷电磁引信接收机对欺骗式干扰的抗干扰能力, 通过对鱼雷电磁引信目标特性及工作机理的分析, 定义了抗干扰系数和幅值系数, 给出了两者之间的计算关系式, 并提出了以抗干扰系数作为评估指标的定量评估方法。针对鱼雷电磁引信接收机中典型的滤波电路和时间检验电路, 利用电路分析法推算了二者的幅值系数, 进而推出其抗干扰系数。最后, 利用抗干扰系数对鱼雷电磁引信接收机抗2种欺骗式干扰能力进行评估, 其结果与实测一致, 验证了本文所提出的评估方法的可行性与有效性。

声自导换能器在强声脉冲下的响应特性分析

乔子椋, 张群飞, 雷开卓

2011, 19(3): 187-191. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.006

[摘要](1254) [PDF 456KB](735)

摘要:
为了分析强声脉冲对自导系统的作用效果, 需要研究声自导换能器在强声脉冲下的响应特性。根据导纳圆图法建立了复合棒型声换能器的等效电路模型, 并进行了仿真。仿真中强声脉冲信号使换能器等效电路产生振荡。在水下强声试验系统中进行了水下强声试验, 采集了强声脉冲信号及换能器输出信号, 试验中强声脉冲亦使换能器产生了振荡, 与仿真结果相符, 也验证了等效电路模型的合理性。研究还发现, 不同换能器产生的振荡相关性差, 使方位估计无法正常进行。试验结果表明, 强声脉冲可对自导系统产生明显的压制效果, 使其进入致盲状态, 对抗效果明显。

混响背景下主动探测声纳性能预报

于源, 鄢社锋, 侯朝焕

2011, 19(3): 192-194. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.007

[摘要](1676) [PDF 288KB](1146)

摘要:
根据主动声纳方程, 进行了混响背景下主动探测声纳的性能预报, 讨论了主动探测声纳工作频率对作用距离的影响, 比较了不同混响反向散射强度下主动探测声纳作用距离的变化情况。分析结果表明, 混响背景下主动探测声纳的作用距离随频率的降低而减小; 随着混响反向散射强度的减小, 主动声纳性能增强, 作用距离增大, 这对工程实际中更好地选取主动声纳参数, 进而提高主动探测声纳性能具有一定的参考意义。

具有通信约束的多UUV协调路径跟踪控制

牟春晖, 边信黔, 王宏健, 李娟

2011, 19(3): 195-200. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.008

[摘要](1458) [PDF 490KB](632)

摘要:
针对多UUV间通过水声通信进行交互信息时存在时延的问题, 研究了在通信时滞下多UUV沿多条给定路径编队运动的控制器设计问题。基于反步法设计了单个UUV的路径跟踪控制器, 利用Lyapunov理论证明了路径跟踪控制系统是输入-状态稳定; 针对通信拓扑中存在固定传输延迟问题, 提出了基于平均一致连通性切换网络的时延协调控制律, 并证明了当通信拓扑对应的无向图满足平均一致连通时, 设计的编队控制系统是稳定的, 有效地解决了通信时滞下多UUV的协调路径跟踪控制问题。仿真结果验证了该控制器的有效性。

基于一种改进粒子群算法的水下远程武器航路规划

初磊, 纪金耀, 罗笛

2011, 19(3): 201-204. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.009

[摘要](1241) [PDF 557KB](614)

摘要:
针对水下远程武器航路规划中, 采用基本粒子群算法避障出现的航路倒退问题, 提出了一种借鉴遗传算法采用粒子对换的改进粒子群优化(PSO)算法, 并结合远程武器的航路规划设计模型, 应用于水下武器作战仿真系统。计算结果表明, 该算法可有效提高远程武器航路规划避障的计算效果, 对水下远程武器的作战使用研究具有一定的参考价值。

一种基于无迹卡尔曼滤波的UUV协同定位方法

刘明雍, 沈俊元, 张加全, 胡俊伟

2011, 19(3): 205-208. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.010

[摘要](1757) [PDF 325KB](743)

摘要:
多水下无人航行器(multi-UUV)协同定位技术是解决海洋中间层水下导航定位问题的重要途径, 针对以往multi-UUV仅靠距离量测的协同导航定位精度低的问题, 给出了一种基于无迹卡尔曼滤波 (UKF) 方法的UUV协同定位方法。利用从UUV的运动学方程和基于距离的量测方程建立了从UUV的导航模型, 针对该非线性导航模型,采用UKF设计了导航滤波算法, 避免了对非线性方程的线性化处理, 实现了递推导航滤波算法, 并与传统的航位推算方法进行了仿真对比。仿真结果表明, 从UUV能够利用该导航滤波算法进行实时定位, 比传统的航位推算方法具有更高的定位精度。

基于自抗扰方法的UUV近水面垂直面运动控制

施小成, 陈江, 严浙平

2011, 19(3): 209-213. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.011

[摘要](2028) [PDF 377KB](760)

摘要:
无人水下航行器(UUV)在近水面航行时, 受到海浪、噪声等干扰的影响较大, 尤其是垂直面方向, 为满足UUV在近水面潜伏作战的需求, 研究了基于自抗扰控制方法(ADRC)的运动控制技术。该技术抗干扰能力强, 能将来自系统内部和外部的扰动都归结为系统的总扰动, 并对其进行实时估计同时给予相应的扰动补偿, 运用此方法设计了UUV垂直面控制器并分析了其抗扰性能, 以解决海洋环境下UUV近水面垂直面运动的控制扰动问题。仿真结果表明, 所设计的UUV垂直面自抗扰控制器能有效抑制海浪的干扰, 降低艉升降舵的抖振现象, 具有较好的控制效果和抗扰性能。

水下航行器燃气涡轮机叶轮模态分析

赵军, 单晓亮, 樊晓波

2011, 19(3): 214-217. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.012

[摘要](1470) [PDF 670KB](713)

摘要:
为了避免水下航行器燃气涡轮机在工作时发生共振, 在合理的假设条件下建立了燃气涡轮机叶轮的有限元模型, 利用有限元分析软件ANSYS的循环对称方法对其进行了模态分析, 并对前12阶振型进行了讨论, 分析了叶轮转速和工作温度对叶轮模态的影响, 所得结论符合工程实际规律, 对水下航行器燃气涡轮机的安全使用、结构设计和动力学分析具有重要的参考价值。

一种新型无刷直流电动机调速电路设计

崔健

2011, 19(3): 218-220. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.013

[摘要](1043) [PDF 260KB](730)

摘要:
为了提高电机的可靠性, 基于对无刷直流电动机（BLDCM）调速原理的分析, 通过对传统有刷直流电机调速系统通常采用的脉宽调制（PWM）电路的改进, 设计了一种新的PWM调速电路, 该电路利用单电源供电, 克服了双电源不对称时对调速脉宽的影响, 通过对该电路的系统试验, 结果表明, 所设计的电路应用器件少, 可控性好, 精度高, 电源电压稳定性要求低且输出稳定, 可广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等多种领域。

鱼雷电机逆变系统传导干扰分析与抑制

胡平, 孙炯, 刘凯, 邵松世

2011, 19(3): 221-225. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.014

[摘要](1116) [PDF 429KB](722)

摘要:
为了解决鱼雷电机逆变系统高频化、大容量化带来的电磁干扰(EMI)问题, 介绍了一种新型的直流环节并联谐振逆变器(PRDCLI)拓扑, 阐述了其工作原理, 重点分析了鱼雷电机逆变系统电磁干扰源和传播途径, 提出了一种能有效降低EMI的控制策略, 设计了EMI测试方案, 对硬开关和软开关条件下的EMI频谱进行了对比,测试结果表明, 采用软开关技术和优化的控制策略, 能有效降低鱼雷电机逆变系统的EMI。

基于层次分析法的维修性预计方法

宋保维, 董博超, 梁庆卫, 姜军

2011, 19(3): 226-230. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.015

[摘要](1186) [PDF 324KB](636)

摘要:
通过对目前常用维修性预计方法的分析, 并针对武器装备的维修性要求, 结合相关理论与方法, 提出了基于层次分析法(AHP)的单元对比预计方法。该方法不仅满足武器装备定性和定量的要求, 而且不需要很大的历史数据样本和试验数据样本, 只需对武器装备的维修任务剖面进行分析, 确定基准单元及其维修数据, 然后通过各单元与基准单元的比对, 进而得到武器装备的维修数据, 具有简单、适用、节省开支的特点，更便于维修性设计。最后应用于鱼雷发射装置证明了该方法的有效性和可行性。

悬浮式声诱饵和悬浮式深弹阵协同对抗声自导鱼雷建模与仿真

贾跃, 姚奉亮, 丁贝

2011, 19(3): 231-235. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.016

[摘要](1778) [PDF 348KB](958)

摘要:
舰艇如何优化布放悬浮式声诱饵和悬浮式深弹阵防御声自导鱼雷是舰艇防御鱼雷攻击的重要问题之一。本文建立了舰艇使用悬浮式声诱饵与悬浮式深弹阵对抗鱼雷的作战模型, 采用极值法和非线性规划方法, 确定了悬浮式声诱饵与悬浮式深弹阵的发射策略及舰艇的规避航向, 使舰艇布放悬浮式声诱饵与悬浮式深弹阵和正确的规避机动有效结合, 以期达到对抗来袭鱼雷的最佳效果。仿真结果表明, 采用本文方法可以达到软硬防御手段有效结合对抗来袭鱼雷的双重效果, 鱼雷拦截概率提高了10%~30%。

一种气动发动机进气控制阀的仿真与试验

练永庆, 田兵, 陈宜辉

2011, 19(3): 236-240. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2011.03.018

[摘要](1162) [PDF 717KB](1085)

摘要:
为了满足气动发动机对不同进气流量的需求, 在原有机械式发射阀基础上改进设计了一种可改变发动机进气流量的进气控制阀。进行了进气控制阀的试验系统设计, 建立了试验系统的数学模型, 并进行仿真试验。在此基础上组建试验系统并进行该阀的调节试验研究。试验系统的仿真与试验结果表明, 进气控制阀的设计与理论分析模型是正确的, 该试验系统可用于气动发动机的联合仿真与试验研究。

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