水下无人系统学报

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2022, 30(6): 679-679.

[摘要](86) [HTML全文] (58) [PDF 224KB](23)

摘要:

周超, 钟宏伟, 陈迎亮, 刘东林, 丁盛, 张筱芃, 李楚涵

2022, 30(6): 680-695. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0027

[摘要](2947) [HTML全文] (99) [PDF 2126KB](111)

摘要:
当今世界海上冲突模式正朝着多元化发展, 尤其在非对称战略条件下, 蛙人水下特种作战是一种非常有效的以小博大的攻击方式。文中对国外蛙人水下输送平台技术的发展进行了深入分析, 梳理了蛙人水下输送平台的技术体系和组成结构, 重点对湿式蛙人输送平台、干式蛙人输送艇以及水面/水下蛙人输送艇的发展现状进行了阐述, 详细总结了蛙人水下输送平台的共用和关键技术, 并对其发展历程和趋势进行了分析。文中的工作可为水下特种装备研究提供参考。

基于财年预算的美国蛙人特战装备发展现状及动向分析

朱兆彤, 陈自立, 赵琪

2022, 30(6): 696-703. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0051

[摘要](238) [HTML全文] (49) [PDF 1662KB](56)

摘要:
水下特种作战是海战的重要组成部分, 蛙人水下作战因其隐蔽性好、作战效率高等优势, 成为水下特战任务的重要组成部分和“非对称作战”的重要支撑。作为重要军事强国——美国在该领域的装备研发已很成熟, 具有很好的借鉴意义。文中基于美国2010~2023财年的国防科研和采购预算报告, 介绍了美海军蛙人特战装备领域重点研究项目, 分析了其研究现状、研发重点及改进动向, 梳理出美海军蛙人特战装备研发及项目管理特点, 以期为相关蛙人水下装备体系构建和研制提供参考。

反UUV探测声呐系统发展综述

兰同宇, 刘本奇, 刘亮

2022, 30(6): 704-713. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0033

[摘要](3906) [HTML全文] (175) [PDF 3224KB](214)

摘要:
无人水下航行器(UUV)可承担多种水下特种作战任务。近年来, 敌方UUV给我国港口和海岸关键设施造成严重威胁。反UUV探测声呐是实现对敌方UUV入侵预警, 保护港口、海岸安全的重要手段。文中简要分析了UUV的特征及其探测难点, 介绍了国外利用蛙人探测声呐系统、海岸监视声呐系统实现UUV探测的研究现状, 并总结了目前反UUV探测声呐系统的关键技术、主要问题和发展方向, 可以为行业内反UUV探测声呐系统的研究提供参考。

国外水面/水下两用艇水动力设计启示

朱敏, 张镇, 杨壮滔, 邵永勇

2022, 30(6): 714-719. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0022

[摘要](290) [HTML全文] (88) [PDF 5203KB](60)

摘要:
水面/水下两用艇具备水面高速和水下隐蔽渗透能力, 一定程度上兼顾了干式、湿式蛙人运载装备的优点, 是近年来国外蛙人运载装备的研究热点。文中对国外水面/水下两用艇发展现状进行了梳理, 分析了其技术状态, 并从水动力角度对国外水面/水下两用艇设计特点进行了深入剖析, 针对水面/水下两用艇水动力设计中的技术难点给出了解决途径。文中工作可为我国相关装备研制提供参考。

水下体域网系统架构及关键技术

肖蛰水, 陈发, 方坤升, 王巍, 黄海宁

2022, 30(6): 720-725. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0014

[摘要](3088) [HTML全文] (75) [PDF 979KB](81)

摘要:
蛙人水下便携式特种装备的持续发展带动了智慧海洋跨介质物联网络的不断进步, 也使得水下体域网建设越来越受到各国的广泛关注。基于此, 文中探讨了水下体域网分层系统架构, 重点分析了水下体域网设计过程中所面临的网络标准化设计、信息稳健传输等热点问题, 给出了解决思路。文中工作可为蛙人水下体域网建设和优化提供参考。

新型仿生水-空跨介质航行器结构设计

李宏源, 吕凯, 陈迎亮, 朱敏, 吕鹏宇, 段慧玲

2022, 30(6): 726-732. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0024

[摘要](605) [HTML全文] (78) [PDF 2480KB](142)

摘要:
近年来, 水-空跨介质航行器因具有立体跨域优势而成为研究热点, 但水-空跨介质航行器平台总体的现有设计水平阻碍了其在实际复杂环境中的推广和应用。文中基于仿生变体技术, 提出一种新型仿生水-空跨介质航行器结构。针对航行器外形特点, 设计了2对变体水翼和折叠空翼, 并开发出变体执行机构, 以实现水翼、空翼的展开和收缩。为保证该航行器在多模态下的优良性能, 对其在水下、水面和空中模态的水动力性能和气动性能进行了计算流体动力学数值仿真研究。结果表明, 该航行器不仅可实现水下定深潜行、水面高速航行以及空中定高飞行的跨域作业, 而且兼具水下隐蔽性和空中机动性等优势。

蛙人推进器声散射特性研究

黎洁, 范军, 李兵

2022, 30(6): 733-739. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0026

[摘要](249) [HTML全文] (38) [PDF 1905KB](42)

摘要:
蛙人推进器(DPV)声隐身性能是特种作战的关键技术之一, 决定了蛙人部队能否秘密渗透。文中基于声呐目标声散射特性预报的近场板块元方法、频域间接法以及回声层析成像方法, 结合DPV几何外形的三维精确建模, 仿真计算DPV宽带全向时域回波、频率响应曲线以及DPV声层析成像结果, 分析入射平面波频率和入射方位角对其声散射特性的影响规律。开展了DPV静态声散射特性测量湖上试验, 获得正横方位频率响应曲线。试验与仿真结果吻合较好, 正横方位回声强度在−10 dB左右, 频响曲线误差在3 dB以内, 验证了理论建模的准确性。文中工作可为进一步研究DPV声隐身设计及探测提供参考。

水下八格空气腔角反射体声散射特性

褚子超, 罗祎, 文无敌

2022, 30(6): 740-746. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202204012

[摘要](168) [HTML全文] (24) [PDF 1580KB](25)

摘要:
水下角反射器具有较强的回波特性, 可用于标记水下结构、模拟水下假目标等, 针对单格角反射器反射范围具有局限性等不足, 设计了一种新的八格空气腔角反射体。采用有限元-边界元法, 对八格空气腔角反射体和单格空气腔角反射器的声散射特性进行仿真对比, 分析了八格角反射体由于多格带来的影响, 以及改变声源的入射角度、入射波频率和空气腔厚度等因素对八格空气腔角反射体散射声场的影响。结果表明: 八格空气腔角反射体散射范围大、具有更大的散射强度, 有效弥补了单格空气腔角反射器散射强度低、存在反射盲区等问题; 多格之间的相互影响能有效增大散射宽度; 由于结构的振动会形成较大范围的散射声场; 在不同入射声波频率条件下改变空气腔的厚度对其目标强度无明显影响。

基于前视三维声呐的轨条砦识别方法

李宝奇, 任露露, 陈发, 钱斌, 黄海宁

2022, 30(6): 747-753. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0016

[摘要](281) [HTML全文] (182) [PDF 1405KB](57)

摘要:
针对轨条砦目标探测和识别困难的问题, 文中利用前视三维成像声呐提高轨条砦目标探测效果, 并设计一种基于单步检测(SSD)的三维点云目标识别方法(PCSSD)。该方法首先对原始波束域数据进行阈值滤波和直通滤波处理; 接着, 对滤波后的三维点云数据进行前向投影, 并得到深度灰度图和深度伪彩图; 而后, 利用SSD目标检测模型对深度伪彩图进行检测识别; 随后, 从深度灰度图检测目标特征中计算目标的深度范围; 最后, 结合二维目标检测结果和深度范围对三维点云中的轨条砦目标进行标注。与此同时, 提出了一个基于多尺度注意力机制的特征提取模块, 并利用该模块设计了改进的目标检测模型SSD-MV3ME。在三维点云轨条砦目标检测数据集GTZ上, SSD-MV3ME在检测时间基本相等的条件下, 检测精度比轻量化目标检测模型SSD-MV3提升1.05%, 模型参数减少2 482 KB。实验结果表明, 基于SSD-MV3ME的PCSSD更适合轨条砦目标识别任务。

基于博弈论的无人艇探查策略研究

郭苗, 徐琰锋, 陈铢蕾

2022, 30(6): 754-760. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0032

[摘要](235) [HTML全文] (45) [PDF 1449KB](40)

摘要:
针对水下小目标采取规避动作形成跟踪丢失, 不易探查, 进而导致安防系统虚警率较高的问题, 文中在固定式声呐检测到目标并不断获取相关数据的前提下, 考虑搭载图像声呐的无人艇对目标进行近距离查证的情景。通过固定式声呐获取目标的轨迹数据, 而后采用粒子滤波方法对轨迹数据进行预测。随后建立我方无人艇与敌方目标的博弈模型, 根据敌方目标每一时刻的动作和模型中的支付函数, 选择对我方最有利的决策, 以此形成双方的对抗过程。最后通过数值仿真得到无人艇的目标点和探查策略, 并利用试验数据验证目标点的准确性, 方便无人艇成功探查目标。文中研究可为无人系统探查小目标提供理论依据。

面向小型水下无人平台的移动水声通信系统

姚俊辉, 赵燕锋, 童峰, 陈东升, 上官明禹

2022, 30(6): 761-767. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0029

[摘要](469) [HTML全文] (129) [PDF 1408KB](80)

摘要:
移动水声通信信道具有典型的多径、多普勒双重扩展特征, 严重影响通信性能。特别是用于水下特战等领域的小型水下无人平台装备, 具有航行状态多变、多浅海应用、受限功耗下发射功率低等特点, 导致多普勒变化、多径严重、信噪比低, 对传统移动水声通信方案造成极大挑战。文中提出了一种面向特战领域小型水下无人平台的移动水声通信方案, 该方案通过直接数字频率合成器芯片, 调整系统模拟/数字转换采样率, 从而在硬件上实现实时多普勒补偿; 结合直接扩频序列调制, 提高低信噪比条件下的抗多径性能; 采用双曲调频同步设计保证同步捕获性能。半实物仿真实验结果验证了该系统的有效性。

一种水声自适应通信的信噪比估计方法

王巍, 普湛清, 钮彪, 陶磊, 黄海宁

2022, 30(6): 768-773. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0017

[摘要](214) [HTML全文] (122) [PDF 1624KB](57)

摘要:
针对动态通信中的信噪比(SNR)估计问题, 提出了一种适用于跨介质链路自适应通信的SNR估计方法。利用低导频占用率信道估计算法过程中的重构数据对最小均方误差SNR估计算法进行改进, 实现时变信道条件下的SNR跟踪。仿真结果表明, 所提方法在高SNR条件下能够获得高准确度的估计结果, 在低SNR条件下的估计结果能够快速下降, 适合链路自适应通信的速率策略调整。所提方法给出的自适应速率调整策略可以有效降低功耗, 提高通信数据率。

基于Bayes-MCMC的水声双程信道建模及自适应采样反演

赵罡, 孙乃葳, 申珅, 杨益新

2022, 30(6): 774-786. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0041

[摘要](276) [HTML全文] (88) [PDF 2352KB](34)

摘要:
高置信度水声双程信道仿真建模是水下目标回波仿真研究的基础内容, 对水下作战装备的研发具有重要作用。文中基于经典信道模型通过合理的假设建立了水声双程信道解析模型。在此基础上, 以Bayes-MCMC反演算法为核心, 分析水声双程信道参数反演问题特点, 设计了Metropolis-Hastings自适应单维度串行采样算法, 实现了基于回波信号的信道模型参数高效反演。经仿真及实测数据验证, 所设计的自适应采样反演方法其结果具有较好的一致性和收敛性, 在水下作战装备仿真测试方面具有良好的工程应用前景。

水下可见光通信在水下作战体系中的应用设想

吕斌斌, 林酩涞, 万鑫

2022, 30(6): 787-793. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0021

[摘要](631) [HTML全文] (107) [PDF 2800KB](143)

摘要:
水下可见光通信可以实现水下双向高速通信, 在水下作战信息体系中, 用于保障无人水下航行器(UUV)侦察信息回传、UUV集群协同、蛙人特战协同及空海跨域作战等信息传输需求, 支撑实现水下战场信息高速、隐蔽传输。文中介绍了水下可见光通信技术的发展现状, 讨论了水下可见光通信系统实现的关键技术: 水下背景光噪声影响分析及抑制技术、海水湍流影响分析及抑制技术、编码增益技术和水下光学天线跟踪瞄准技术等, 分析了水下可见光通信技术在水下作战体系中的应用设想, 探讨了未来需要突破的光学信道测量、自适应光学通信、接收端光学阵列、大尺寸发光二极管通信光学系统以及建链保持等技术发展方向。可为今后水下可见光通信技术和装备发展提供参考。

基于四元阵的超短基线便携式定位设备定向算法

郭晓明, 田甜

2022, 30(6): 794-800. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0006

[摘要](377) [HTML全文] (64) [PDF 1182KB](44)

摘要:
针对日益增长的潜水员水下协同作业应用需求, 在传统超短基线定位技术基础上, 设计适用于潜水员水下作业的、基于微型超短基线正四面体接收基阵的水下定位测向技术方案。针对其测向能力, 特别是由于多径等复杂水声信道特性、接收基阵不同阵元之间存在的常规手段难以校准的相位差以及潜水员水下作业姿态变化不平稳等对水下作业便携应用带来影响的因素展开仿真分析。仿真结果表明, 该定位测向技术方案具备实际可行性, 可满足潜水员水下协同作业时获取相互位置信息的应用需求。

基于卷积神经网络目标跟踪的 AUV回收视觉导引算法

韩泽凯, 朱兴华, 韩晓军, 孙凯, 刘肖宇

2022, 30(6): 801-808. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0031

[摘要](347) [HTML全文] (98) [PDF 5491KB](41)

摘要:
水下自主对接回收技术是解决自主水下航行器(AUV) 能源与信息传输问题, 增强无人系统水下探测、隐蔽能力的主要手段。文中针对真实环境笼式水下基站回收设计水下视觉信标导引方案, 提出一种改进的基于神经网络的检测-跟踪回收视觉导引算法: 首先利用水下基站数据集训练卷积神经网络, 进行目标检测; 随后利用改进跟踪算法结合位姿空间信息实现鲁棒跟踪; 最后通过改进 PnP-P3P位姿估计框架解决大偏移量下可观测信标灯数量过少的问题, 有效扩展水下视觉导引作业空间, 并通过作业空间仿真验证了灯阵设计与算法的有效性, 提出了相关有效作业空间指标。水池光学导引实验以及在湖上真实环境下结合超短基线进行的声光联合导引实验, 验证了改进检测-跟踪框架在工程上的可行性。

循环式潜水呼吸器及其在军事潜水中的应用

高文顺, 袁海军, 任志伟, 夏晖

2022, 30(6): 809-814. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0025

[摘要](182) [HTML全文] (248) [PDF 2056KB](42)

摘要:
循环式潜水呼吸器是蛙人进行军事潜水的必备器材之一。文中对循环式潜水呼吸器的类型、原理和特点进行了简要的对比和说明, 并对美海军纯氧闭式、半闭式、混合器闭式等3种常用循环式潜水呼吸器进行了介绍, 结合国外循环式潜水呼吸器的培训需求和潜水事故的统计数据, 总结了潜水员的选拔标准、培训内容以及训练要求, 并对循环式潜水呼吸器的使用风险进行了分析。文中研究可为水下装备研制与管理提供参考。

湿式蛙人输送艇水下风险应急处置刍议

刘文武, 俞旭华, 徐佳骏, 文宇坤, 李慈, 方以群

2022, 30(6): 815-819. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0056

[摘要](129) [HTML全文] (58) [PDF 696KB](24)

摘要:
湿式蛙人输送艇是一种技术较为成熟的、用于多人编队水下作战任务的蛙人运载器。蛙人水下着闭式/半闭式呼吸装置通过湿式蛙人输送艇进行水下投送时, 受到装备和环境的影响, 水下风险显著增加。虽然国外已有对闭式/半闭式呼吸装置水下作业的潜在风险及其处置措施的相关介绍, 但针对湿式蛙人输送艇水下投送过程中的风险及其应急处置鲜有报道。为了更好地了解水下投送过程不同阶段存在的风险, 及针对相应风险的预防和处置措施, 文中对水下投送时航行阶段和出艇阶段可能存在的风险及其处置进行简要介绍。不仅能为未来水下特种作战蛙人的培训提供指导, 也有助于减少投送风险, 降低事故发生率以及人员伤残率和死亡率。

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