水下无人系统学报

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钱东, 赵江

2020, 28(3): 231-251. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.001

[摘要](610) [PDF 435KB](801)

摘要:
实兵作战实验是作战概念开发、战法开发、兵力运用和兵力结构优化中的关键环节和军事转型的重要支柱。文中对作战实验及其相关概念进行了解析, 阐述了作战实验的科学及军事意义; 简述了美海军的主要作战实验机构和作战实验活动; 介绍了实兵作战实验的历史案例和现代案例, 重点介绍了美海军著名的“舰队问题”演习和二战水下战的实验探索; 讨论了实兵实验设计和实施中的有关问题。指出: 应明确实验目的和目标, 通过发现新现象和探索机理来获得新知识; 建立相对完整和合理的问题框架是实验成功的先决条件; 应对系列化实验进行系统规划, 避免针对某些孤立问题、缺乏基础的“跳跃式”实验; 应合理选取实验因素及水平数, 把握作战想定的粒度和特异性, 以保证实验结果的有效性和可信度; 在实施中应注意与演训的结合, 适时运用模拟兵力, 以在资源有限的条件下获得最佳效益; 应建立专业化的分析评估队伍和专家队伍, 采用科学的方法和手段对结果和证据进行分析, 以揭示出问题的本质。指出实兵实验是发展现代作战学说的必要途径。

波浪滑翔器水下牵引机滑翔动力分析

孙秀军, 王力伟, 桑宏强

2020, 28(3): 252-258. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.002

[摘要](325) [PDF 954KB](306)

摘要:
波浪滑翔器的纵向速度与水下牵引机结构参数有很大关系, 其中水下牵引机自重和水翼最大俯仰角对其影响尤为突出。文中以“海哨兵”波浪滑翔器为研究对象, 采用牛顿-欧拉方程建立水翼动力学模型, 对最优自重及最优角度进行计算流体力学仿真, 并将仿真结果与试验数据进行对比分析。分析结果可知, 受到多种因素的影响, 两者数据存在一定偏差, 但两者总体趋势相近, 数据显示20°俯仰角为水翼的最优俯仰角, 3级海况条件下, 45 kg的自重使得水下牵引机在下滑时间和下滑位移方面更加匹配波浪特性。文中在部分参数确定的情况下, 研究自重和俯仰角对波浪滑翔器推进效率的影响, 可为波浪滑翔器后续的参数优化和设计提供参考。

基于自适应噪声对消的鱼雷电磁引信抗雷内干扰方法

唐波, 谭思炜, 张静远

2020, 28(3): 259-262. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.003

[摘要](378) [PDF 381KB](226)

摘要:
针对鱼雷电磁引信存在声自导发射和鱼雷变速时产生的强脉冲干扰问题, 文中从自适应噪声对消的基本原理出发, 分析了鱼雷电磁引信消除声自导发射和鱼雷变速时产生强脉冲干扰的方法。在增加噪声接收通道获取相关噪声的基础上, 采用自适应噪声对消抑制强脉冲干扰。仿真试验表明, 该方法可有效抑制声自导发射和鱼雷变速时产生的强脉冲干扰。

一种回溯算法结合数据时序重构融合滤波的初始对准方法

杨管金子, 李建辰, 国琳娜, 黄海

2020, 28(3): 263-270. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.004

[摘要](325) [PDF 771KB](311)

摘要:
为了在提高鱼雷初始对准精度的同时保证较短的对准时间, 文中在采用回溯算法进行初始对准的基础上, 通过对存储数据的调用及线下处理, 提出一种数据时序重构融合滤波算法, 通过对存储数据进行再次调用、整体辨识、特征量提取和时序重构, 构建多级滤波器, 与传统“正向—逆向—正向”滤波回溯算法比较, 实现了一定时间内滤波估计及对准精度的进一步提高。实航数据的仿真对比试验证明了该方法在精度及时间上的有效性。

基于LMI的无人水下航行器干扰补偿控制

赵旭, 龚时华, 杨进

2020, 28(3): 271-277. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.005

[摘要](315) [PDF 459KB](211)

摘要:
针对无人水下航行器(UUV)航行时外界干扰复杂, 水动力导数计算不精确, 舵角受限以及存在非线性动态的问题, 提出了一种利用未知输入观测器对其未建模动态进行观测, 并依据李亚普诺夫函数设计干扰补偿控制律的方法, 同时考虑舵角饱和约束并将控制律设计过程转化为线性矩阵不等式最优化问题, 实现了对未知扰动的实时观测与补偿。将其应用到大型UUV航向航深控制上, 仿真结果表明, 该方法对未知输入具有很强的补偿能力, 提高了控制精度, 有效减少了控制律设计对水动力导数的依赖度, 改善了未知干扰作用下舵角的振荡特性。

基于最优导引律的高空滑翔鱼雷弹道设计

陈嘉杰, 王中, 曹小娟, 张秦南, 蔡卫军

2020, 28(3): 278-283. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.006

[摘要](220) [PDF 479KB](172)

摘要:
高空滑翔鱼雷在打击潜艇的过程中, 采用滑翔增程方式增加攻击范围, 能够在潜艇防区外发起攻击, 可有效提高载机生存能力。其空中弹道主要包括滑翔增程弹道和雷伞弹道, 滑翔增程弹道结束后, 需要进行雷翼分离并进入雷伞弹道, 故其终端弹道约束相比于一般的空投鱼雷更为复杂。文中针对滑翔弹道终端的位置约束和终端弹道倾角约束, 依据最优控制理论, 建立高空滑翔鱼雷弹道模型, 提出了满足终端弹道倾角约束的最优导引律; 根据最优导引律和过载量控制的原理, 给出了滑翔翼的积分过载控制方法; 最后分别针对比例导引律和最优导引律进行弹道仿真对比。仿真结果表明, 采用比例导引律可以满足位置约束(水平控制精度和雷翼分离高度), 但无法控制弹道倾角; 而采用最优导引律则可在实现水平位置控制精度和雷翼分离高度均满足约束的同时实现对弹道倾角的控制。

基于RBF神经网络的AUV路径跟踪分数阶滑模控制

王香, 张永林

2020, 28(3): 284-290. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.007

[摘要](1551) [PDF 523KB](214)

摘要:
针对自主水下航行器(AUV)在对接过程中的路径跟踪问题, 提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的分数阶滑模控制算法。首先基于滑模控制设计AUV路径跟踪控制算法, 将分数阶微积分引入滑模控制中的等速趋近律以缓解系统的抖振, 然后采用RBF神经网络对AUV运动模型中的不确定性及外界干扰进行补偿, 最后通过Lyapunov定理证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明: 所设计的控制器能对AUV路径进行有效跟踪, 与传统滑模控制器以及未考虑系统不确定性及外界干扰的分数阶滑模控制器相比, 该控制器跟踪速度更快, 稳定效果更好, 跟踪性能更强。

截面边数和运动速度对水下声弹运动特性的影响

张弛宇, 彭琪琪, 马骏, 陈建华, 王栋

2020, 28(3): 291-295. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.008

[摘要](269) [PDF 1936KB](212)

摘要:
声弹作战效能的好坏很大程度上取决于声弹的运动特性。文中基于FLUENT软件中S-A湍流模型的分离涡仿真(DES)模型, 以雷诺数Re=2.5×10⁶为例, 研究了水下声弹运动的流场特性, 并与已知的研究成果进行了对比, 确定了DES模型应用在高雷诺数下仿真的准确性。并在此基础上研究了平均阻力系数、升力系数及斯特劳哈尔数受水下声弹表面截面边数和运动速度的影响。研究可知: 1) 平均升力系数随着运动速度的增大而减小, 斯特劳哈尔数随着运动速度的增大而增大; 2) 当雷诺数相等、截面边数不同时, 平均阻力系数随着截面边数的增加而减小, 斯特哈尔数随着截面边数的增加而增大; 3) 正四边形和圆形声弹涡街脱落的频率单一固定, 故相比其他结构的声弹, 容易引发弹体共振, 产生破坏; 4) 正六边行和正八边形声弹涡街脱落的频率不固定, 结构不易产生破坏。文中的研究可为合理设计声弹结构、提高作战效能提供参考。

一种多药包水下阵列爆炸威力场计算方法

彭天一, 刘荣忠, 高科, 郭锐

2020, 28(3): 296-302. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.009

[摘要](324) [PDF 890KB](256)

摘要:
水下阵列爆炸威力场体积计算方法研究有助于提高舰艇水下防御能力。为了简单准确地计算出三维模型水下阵列爆炸威力场的体积大小, 文中利用AUTODYN软件中将一维结果映射至三维模型的功能, 提出一种快速估算仿真结果的方法, 将水下爆炸威力场边界拟合成圆, 近似成阵列球体进行研究, 减少了仿真计算量。通过与SolidWorks建模所得数据对比可知, 文中方法可通过威力场横截图形的径向尺寸估算三维模型水下爆炸威力场的大小, 并得出结论: 同一时刻的水下爆炸冲击波形成的威力场基本不受冲击波相互作用的影响。文中研究可为简化水下阵列仿真计算以及舰艇有效防御鱼雷攻击提供参考。

基于误差折算的鱼雷一次转角射击命中/发现概率解析计算方法

袁富宇, 代志恒, 肖碧琴

2020, 28(3): 303-308. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.010

[摘要](325) [PDF 353KB](185)

摘要:
针对鱼雷一次转角射击效果在线评估及射击诸元实时优化计算的需要, 文中全面考虑影响鱼雷一次转角射击效果的多种误差因素, 基于误差折算思想提出了一种鱼雷一次转角射击命中/发现概率的解析计算模型。该模型用单积分描述, 同时考虑了与鱼雷射击相关的各种误差因素, 与已有模型相比, 可显著降低计算量。大量态势仿真结果表明, 文中解析计算模型结果与统计计算结果相吻合, 说明了新模型在工程应用上的可行性。

适用于水下滑翔机平台的声矢量传感器设计

孙芹东, 张小川, 王文龙

2020, 28(3): 309-314. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.011

[摘要](418) [PDF 2183KB](170)

摘要:
针对水下滑翔机缓动平台应用声矢量传感器用于水中移动目标探测时, 传感器姿态不能准确测量导致目标方位输出精度低的问题, 文中设计了一种具有姿态感知能力的声矢量传感器。首先, 将姿态传感器集成应用于声矢量传感器设计, 并对其进行参数测试; 其次, 将声矢量传感器集成在水下滑翔机平台, 并在消声水池对声矢量传感器进行等效噪声声源级测量; 最后, 利用水下滑翔机平台搭载声矢量传感器开展目标探测试验, 试验时以科考试验船为配合目标, 检验声矢量传感器在水下滑翔机平台应用时对噪声源的目标方位估计能力。海试结果表明, 经姿态校正后, 目标方位估计结果与全球定位系统推算方位结果基本吻合, 满足测向精度要求。文中研究可为声矢量传感器在水下滑翔机平台上的工程应用提供参考。

基于MEMS加速度计的水下目标触发探测器

张小瑜, 梁军利, 蔡鹏, 陈银凤, 贺云飞

2020, 28(3): 315-322. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.012

[摘要](239) [PDF 414KB](158)

摘要:
定向起爆技术在自主攻击型水下航行器上的应用, 需要水下目标触发探测器能够提供目标方位信息; 同时, 为了应对不同性质的水下目标, 需要水下目标触发探测器能够随时更改触发阈值。现有的以机械式惯性开关作为敏感部件的水下目标触发探测器无法感知目标方位、无法更改触发阈值。基于此, 文中采用微机电系统(MEMS)加速度计作为惯性敏感部件, 并与嵌入式微处理器技术结合, 设计了一种基于MEMS加速度计的水下目标触发探测器。分析了输入信号的特性, 规划了输出信号形式, 介绍了水下目标触发探测器的总体技术方案及软、硬件实现途径, 并对原理样机进行了几种典型工况下的功能试验。试验结果表明, 基于MEMS加速度计的水下目标触发探测器技术方案有效、可行, 能够实现感知和输出目标方位信息、在线更改触发阈值的功能。

一种改进线圈结构的AUV无线充电系统

刘润鹏, 杨金明

2020, 28(3): 323-329. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.013

[摘要](502) [PDF 3664KB](245)

摘要:
通过应用无线充电技术, 可以将自主水下航行器(AUV)制作成全封闭状态, 避免海水腐蚀, 消除漏电的危险。为解决AUV无线充电过程中可能存在的电磁干扰问题, 优化线圈结构, 文中设计了一种改进线圈结构的AUV无线充电系统, 可应用于AUV充电装置中。ANSYS MAXWELL的仿真结果表明, 所提出的线圈结构能够使耦合磁场主要分布于AUV外壳附近, 最大程度地降低了对AUV内部器件的影响, 且在发生旋转偏移时仍能保持互感的稳定。实验结果表明, 所搭建无线充电系统在发生旋转偏移时输出电压波动小于10%, 传输40 W电能的效率约为70%。

鱼雷电磁兼容性综合管理与控制

谭静仪, 潘进, 王凯国, 杨进候

2020, 28(3): 330-336. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.014

[摘要](240) [PDF 640KB](160)

摘要:
电磁兼容性(EMC)是鱼雷通用质量特性中衡量鱼雷内部涉电组件之间, 以及鱼雷与武器系统平台、作战空间之间电磁环境承受能力和作用影响的重要指标。文中结合鱼雷EMC设计与验证过程, 综合试验实施及整改中的经验与教训, 总结提炼鱼雷全寿命周期内EMC综合管理与控制的方法, 并通过产品验证, 为鱼雷的EMC管理与控制提供了参考。

引信传爆序列能量匹配性设计与试验

崔银锋, 周伟江, 康乐

2020, 28(3): 337-344. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.015

[摘要](299) [PDF 806KB](269)

摘要:
文中结合聚能战斗部所用引信对传爆序列的实际需求, 设计了一种适用于聚能战斗部直列式引信用的传爆序列, 其初级火工元件选用冲击片雷管, 爆炸网络采用一点输入、六点输出形式的同步起爆网络, 六点输出同步性极限偏差在200 ns以内。通过传爆序列起爆、传爆以及隔爆能量匹配性设计及试验, 验证了传爆序列各火工元件起爆、传爆匹配性良好, 在增强对爆炸网络施主药柱隔爆措施的情况下, 施主药柱不会直接起爆战斗部主装药, 由爆炸网络起爆聚能战斗部主装药, 爆炸能量能够按照预定的路径有控制地传递, 确保了爆炸网络正常发挥作用。

基于删失数据的雷弹装备电子件贮存寿命估计方法

徐立, 李华, 张宁, 阮旻智, 邵松世

2020, 28(3): 345-350. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.03.016

[摘要](265) [PDF 375KB](120)

摘要:
针对雷弹装备“长期贮存, 一次使用”的特点, 分析了现有装备难以根据试验和使用维护数据开展贮存寿命估计的实际情况。基于贮存期间的装备检测数据, 开展了删失数据下的雷弹装备电子件贮存寿命估计研究, 采用极大似然思想建立了电子件寿命评估模型, 给出了估计方法。设计了仿真试验对该估计方法进行验证。结果表明, 文中所提估计方法能够在较高的精度范围内估计电子件的贮存寿命, 检测次数、检测时间间隔和样本数量等参数的选取会对评估结果的精度造成影响。该寿命估计方法能够根据使用部队日常维护保养中的检测数据开展装备电子件寿命估计, 为后续开展贮存效果评估, 装备延寿、定寿等工作提供参考。

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