水下无人系统学报

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邱志明, 马焱, 孟祥尧, 陈建华, 冯炜

2023, 31(1): 1-9. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0018

[摘要](4569) [HTML全文] (129) [PDF 1846KB](550)

摘要:
水下无人装备是海上军事竞争新的制高点之一, 是赢得新时代水下攻防对抗的重要保障。当前各类水下无人装备飞速发展和应用, 文中以无人水下航行器和水下无人预置系统为例, 梳理前沿发展趋势与关键技术。通过总结国内外水下无人装备的发展现状, 分析发展中面临的挑战, 对水下无人装备未来的发展趋势进行了展望, 并在此基础上梳理了发展中需要攻克的关键技术难点, 进一步提出未来发展思考和建议, 为水下无人装备技术研究提供有益的参考和借鉴。

水下爆炸动力学的起源、发展与展望

王树山, 贾曦雨, 高源, 马峰, 卢熹, 张静骁, 孙雨荟, 梁策

2023, 31(1): 10-29. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0005

[摘要](492) [HTML全文] (60) [PDF 2432KB](138)

摘要:
水下爆炸动力学是研究炸药等含能物质水下爆轰后, 产物与水介质互作用的物理效应的专门学科, 多学科相互交叉、渗透的特点尤为突出。文中在充分、详尽的文献分析基础上, 首先讨论了水下爆炸动力学的研究范畴并梳理了其起源过程; 然后以水下爆炸冲击波、气泡、边界效应和深水爆炸为主题, 从理论认识与技术发展的角度概述了水下爆炸动力学的发展现状; 最后, 从水下爆炸载荷、水下爆炸毁伤和新技术的应用3个方面对水下爆炸动力学的发展方向进行了建议与展望。不仅可以为从事水下爆炸研究的科研人员提供有益的参考、借鉴以及思路的启迪, 还能够对水下爆炸动力学相关专业知识有迫切需求的非专业领域工作者提供入门指导。

不同通信定位方式下AUV编队智能控制方法综述

俞建成, 陈阔, 张进

2023, 31(1): 30-37. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0079

[摘要](2803) [HTML全文] (224) [PDF 1314KB](214)

摘要:
综述了国内外自主水下航行器(AUV)在光学和声学2种不同通信定位方式下的编队智能控制方法。首先, 归纳了AUV编队的基础模型, 这些模型是考虑通信定位约束时智能控制方法设计的基础。其次, 针对光学与声学2种通信定位方式, 归纳了考虑通信定位约束时的技术难点和智能控制方法, 并对研究成果进行了总结。最后, 对AUV编队智能控制的发展趋势进行了分析和探讨。可为AUV编队智能控制方法的设计提供参考, 对AUV编队的理论研究和工程化应用具有借鉴意义。

跨介质航行器入水多相流场及运动特性研究现状与展望

王聪, 许海雨, 卢佳兴

2023, 31(1): 38-49. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0082

[摘要](772) [HTML全文] (187) [PDF 3931KB](189)

摘要:
水面或空中平台发射的高速入水航行器, 借助超空泡减阻技术突破了传统水中兵器的速度极限, 凭借高速优势可有效拦截和打击水下潜在威胁, 是当今各军事强国竞相研究的热点。但跨介质航行器高速入水过程伴随多相间复杂湍流流动、非定常空泡演变和入水冲击载荷等问题, 制约着超空泡航行器的稳定航行, 影响作战效能。文章针对航行器高速入水非定常空泡流型演变特性、跨空-水介质冲击载荷、水下尾拍运动等问题, 阐述跨介质航行器入水过程及稳定航行所涉及的诸多技术难点, 梳理航行器高速入水降载方法, 并归纳总结跨介质超空泡航行器的工程应用。最后, 展望了跨介质航行器有待解决的问题及未来发展趋势。

水下仿生侧线感知研究进展

翟宇凡, 熊明磊, 王晨, 谢广明

2023, 31(1): 50-67. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0073

[摘要](474) [HTML全文] (66) [PDF 4378KB](139)

摘要:
侧线是鱼类针对水下环境特有的感知器官, 能够帮助鱼类感知周围水环境信息。受此启发, 设计研制人工侧线系统并应用于水下机器人, 已成为水下无人系统研究的热点之一, 受到国内外学者广泛关注。论文概述水下仿生侧线感知的相关研究进展, 从仿生原理、结构设计、感知功能等角度, 系统地介绍仿生侧线感知的国内外发展现状, 具体介绍了作者团队基于仿箱鲀机器鱼以及仿生侧线系统开展的运动状态估计、姿态保持控制、邻近感知等研究工作。通过对现有研究的分析与总结, 进一步提出了水下仿生侧线感知领域未来的发展方向: 传感器阵列设计优化、自然环境下的流场感知、避障行为与集群行为的实现等。

“海燕”号谱系化水下滑翔机技术发展与应用

杨绍琼, 李元昊, 孙通帅, 杨亚楠, 杨明, 王延辉

2023, 31(1): 68-85. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0011

[摘要](958) [HTML全文] (175) [PDF 6147KB](243)

摘要:
水下滑翔机作为一种借助水动力实现水中滑翔前进的无人水下航行器, 其技术主要涉及水动力外形、耐压主体等总体设计技术，浮力驱动、姿态调节、能源动力、智能控制和传感集成等单元技术, 以及路径规划、协同组网等应用技术。我国最早研制成功的水下滑翔机——“海燕”号由天津大学深海智能装备团队主体研发, 自2002年起, 经过二十余年的发展, 已在工作深度、续航里程和传感集成应用等主要方面实现了谱系化发展。文中综述了“海燕”号谱系化水下滑翔机总体设计、浮力驱动、能源动力、协同组网以及海上试验应用等关键技术、先进方法和创新理论发展的现状, 并与仿生赋能相结合, 探索预测水下滑翔机技术发展趋势, 以期为我国无人水下航行器技术快速发展提供参考。

面向观测网络供电的水下能量捕获技术研究进展

张宇, 王昊, 相城, 徐敏义

2023, 31(1): 86-107. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0088

[摘要](795) [HTML全文] (516) [PDF 6757KB](195)

摘要:
水下立体观测网络通过实时获取水下环境、水下目标和水下活动等相关信息, 为国家海洋安全、深海能源与资源开发、海洋灾害预警预报等提供重要支撑。然而, 传统基于蓄电池供电的能量供给方式越来越难以满足水下观测网络长时间持续可靠工作需求。为提升水下观测网络的续航能力, 基于水下能量捕获的原位供电技术受到国内外广泛关注。海流能、波浪能具有分布广、持续性强、能量密度高等优势, 因此文中重点关注面向水下立体观测网络供能的海流能与波浪能捕获装置研究进展。根据能量转换方式的不同, 梳理了基于电磁发电、压电、摩擦纳米发电和混合式发电的水下能量捕获技术代表性工作, 对比总结了不同发电形式的优缺点。进一步展望了水下能量捕获技术发展趋势, 为水下观测网络实现原位供能提供了思路。

自主水下航行器协同控制研究现状与发展趋势

闫敬, 陈天明, 关新平, 杨晛, 罗小元

2023, 31(1): 108-120. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0096

[摘要](3106) [HTML全文] (776) [PDF 1904KB](283)

摘要:
自主水下航行器(AUV)的协同控制作为海洋开发和多机器人系统之间的交叉领域, 近几十年来越来越受到研究人员和工程师的关注。目前, AUV协同控制理论体系尚处于构建之中, 相关研究正面临诸多亟待解决的难题。文中对多 AUV 协同控制问题中的编队控制、协同导航和定位、协同路径规划、任务分配以及目标围捕等研究进行了全面调研, 同时分析了编队控制的网络架构、协同策略以及其面临的约束等问题。最后讨论了未来可能研究的相关方向, 为在复杂的海洋应用场景中合理利用AUV来完成各种水下任务提供相关参考。

有缆海底观测系统进展及发展建议

宋雨泽, 李红志, 乔正明, 薛彩霞, 李超, 赵文璇

2023, 31(1): 121-127. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0091

[摘要](248) [HTML全文] (148) [PDF 755KB](105)

摘要:
有缆海底观测系统具备长期、原位、在线观测的技术优点, 在海洋基础科学研究、资源与能源勘探开发利用、海洋灾害预报预警、海洋环境保护、航海与军事海洋环境保障等方面有广泛应用。阐述和总结了国内外有缆海底观测系统发展现状, 分析了有缆海底观测系统关键技术、应用场景和数据衍生服务, 从有缆海底观测系统顶层设计、创新发展、差异化研发, 以及拓展有缆海底观测数据应用领域等方面提出了未来发展的具体建议, 以期对我国海底观测系统的发展提供有益的借鉴。

水下无线传感器网络抗恶意干扰技术应用及研究进展

孙海信, 何崇林, 王俊峰, 陈镕杰, 邓训彬

2023, 31(1): 128-142. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0090

[摘要](465) [HTML全文] (59) [PDF 1892KB](84)

摘要:
水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域, 但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰, 各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发展现状, 并对通信抗干扰技术的发展规律进行分析; 其次分析了UWSNs中通信抗干扰的关键技术以及技术需求, 最后对UWSNs通信抗干扰技术的发展应用进行了展望。

水陆两栖仿生机器人的研究及应用

徐小军, 刘博龙, 潘迪博, 鲁兴举

2023, 31(1): 143-151. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0083

[摘要](749) [HTML全文] (348) [PDF 10385KB](182)

摘要:
水陆两栖仿生机器人具备水陆多工况下的运动能力, 能够更好地完成复杂地形环境下的作业任务。文中概述了水陆两栖仿生机器人的发展背景、研究现状及主要应用。根据仿生借鉴程度的不同, 将两栖仿生机器人分为模仿运动模式类和模仿运动结构类, 分别介绍了国内外相关研究进展、分析了不同类型机器人的特点，阐述了水陆两栖仿生机器人的技术优势和典型应用场景。

鲸豚动物吸附式声学行为记录器综述

刘凇佐, 王蕴聪, 青昕, 段悦, 孙鹏楠, 殷敬伟, 乔钢

2023, 31(1): 152-166. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0097

[摘要](279) [HTML全文] (353) [PDF 8758KB](76)

摘要:
经过数千万年的进化, 鲸豚动物依靠发达的声呐系统在水下实现捕猎、探测、通信、定位与导航等行为。为探索鲸豚动物声呐机理, 需要深入挖掘鲸豚发声行为。近年来, 自容式的声学行为记录器已成为重要的观测途径。自容式声学记录器可附着于鲸豚动物, 长期获取各类声学信号, 利用多源传感器从多个角度观测动物行为状态与环境信息。文章介绍了鲸豚动物吸附式声学行为记录器的系统设计思路, 描述了获取数据的后置处理方法, 并进一步梳理国内外研制的发展脉络, 展望了声学行为记录器在发声特性研究、生物学、生态学等多领域的应用前景, 并对下一步技术突破重点提供参考。

美军作战概念探析

聂卫东

2023, 31(1): 167-188. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0004

[摘要](1243) [HTML全文] (103) [PDF 13015KB](308)

摘要:
探讨和解析美军作战概念是为了了解和学习美军如何设想战争和进行战争, 并希望引起足够的重视, 开展更深层次的作战理论研究和实践。文章首先根据众多美军出版物及相关文献, 总结提炼出美军作战概念的定义; 其次, 简要阐述了美军作战理论体系的3个要素: 军事战略、作战概念和作战条令, 指出作战概念是连接军事战略与作战条令的桥梁, 起着承上启下的作用, 并与两者相互促进, 不断向前滚动式发展; 最后, 按照发展时间顺序, 论述了“空地一体战”、“空海一体战”、“网络中心战”、“分布式杀伤”、“多域战”、“全域战”和“联合作战概念”等美军作战概念的发展脉络及其相互联系。并提出了对于作战概念研究、战略战术研究及依据“概念”、“体系”和“未来”进行装备研发的一些浅薄见解。

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