自主回收UUV水声定位与遥测遥控导引技术研究

针对 UUV 任务结束或能源不足时自主回收的需求,深入研究了 UUV 中远程水声定位与遥测遥控导引技术,完成了水声定位与遥测遥控导引系统方案设计,重点研究了 MFSK、OFDM、扩频等水声遥测遥控调制方式。 通过分析和对比,设计了一种正交混合扩频调制方式,并采用相干二维搜索技术,提高扩频技术多普勒补偿能力。 开展了湖上静态与动态跑船试验,试验数据结果表明:水声水平定位精度优于 0. 5%,水声遥测遥控系统解算误码率达到了 10^-3 数量级,可有效引导 UUV 回收作业。     

组合式水下等离子体声源控制平台设计

组合式水下等离子体声源作为一种多电极的水下脉冲声源,可以通过电子线路程控发射来实现脉冲声波基频调节和多波束聚焦等功能,因此可用于海洋地震勘探和水声对抗等领域。自主设计和开发了一套组合式水下等离子体声源的智能控制平台,平台由PC机显控软件和硬件控制机箱组成,除可以同时实现对多个水下等离子体声源阵列的基本充放电控制和状态监测外,还可以实现声源装置声波基频可调和能量聚集等控制。控制机箱采用智能集成芯片FPGA及其外围电路来实现各种接口控制和充放电控制,同时加入一些必要的保护电路。采用MFC设计的PC机显控软件能够根据具体需求灵活地设置声源装置充电电压的大小、充电速度的快慢和触发放电方式,同时还能实时监测声源装置充放电过程中的电压和电流变化等情况。经过水池和湖上试验验证,本控制平台能同时控制9个水下等离子体声源通道工作,每个通道的充电电压控制范围为0~25 kV,充电电流控制范围为0~24 mA,拥有单次、齐射、连射和聚焦4种放电触发模式,触发脉冲边沿和间隔分别达到微秒级和毫秒级控制,能够安全有效地进行远程智能控制和实时状态监控。     

船用拖曳体水声跟踪定位系统

本文介绍利用声学超短基线定位原理设计的一种船用拖曳体水声跟踪定位系统。本系统可以在舰船航速为７～１２ｋｎ的情况下对水下拖曳体进行跟踪定位，其定位精确度优于±０．８°。本文简述了它的基本性能、工作原理、关键技术及试验结果。     

基于罗经/DVL/水声定位系统的水下组合导航方法研究

针对基于罗经/DVL航位推算系统位置误差积累的问题,研究基于罗经/DVL/水声定位系统的水下运载体组合导航定位方法,设计了组合导航方案,建立了基于航位推算系统的误差方程,在此基础上引入水声定位系统的位置量测信息,设计了卡尔曼滤波器,实现了罗经/DVL/水声定位系统的信息融合。最后对研究的方法进行了计算机仿真和半物理仿真实验。实验结果表明,该方法抑制了航位推算系统位置误差发散,且减小了水声定位数据波动幅度,实现了水下运载体的高精度导航定位。     

海上导航信息远程传输监控技术研究与应用

将北斗通信技术、船舶自动识别系统技术、航标遥测遥控技术以及GPS差分技术进行有效结合,研制了海上导航信息远程传输监控系统,对我国中、远海海域装有AIS设备的船舶进行跟踪与监控、可疑船舶的辨认、船舶的岸基调度、航标遥测遥控、GPS差分信息远程播发等。相比单一技术的应用,海上导航信息远程传输监控系统不受天气条件限制,无需人员定期出海维护,具有设备集成度高、导航差错率低、功能全面、成本效益好等特点。     

海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

基于正交试验的水下航行器凸体涡流噪声优化

凸体作为水下航行器表面的一种常见附体结构,其产生的涡流噪声对搭载在水下航行器上的声学仪器的信号精度有非常重要的影响。在马赫数为0.004 8条件下,采用LES-Lighthill等效声源法对三维方形凸体的流场及声场进行仿真,形象地再现了凸体周围涡旋运动变化规律,分析了涡流流动机制及辐射噪声特征。通过正交试验设计,以噪声最小为目标,优化了三维方形凸体结构参数。研究成果为水下航行器附体结构的设计提供了依据。     

ROV在我国海洋区域地质调查中的应用

远程遥控水下机器人系统是一种先进的海洋综合调查设备,能够实现海底长时间、高精度的定点取样作业及其他精细调查,在海洋区域地质调查中利用ROV开展高精度海底取样及其环境调查方面具有其他调查设备无法比拟的优越性。ROV具有功能多、综合作业能力强、安全可靠和实时遥控等优点。目前国内利用ROV进行海洋区域地质调查还处于起步阶段,随着ROV在海洋调查中的应用技术不断成熟和完善,利用ROV进行海洋区域地质调查将大大提高海洋区域地质调查的装备水平和调查精度,具有广阔的应用前景。以＂海狮号＂ROV系统为例,介绍其在我国海洋区域地质调查中的典型应用。     

半潜式航行体水平定深回转运动研究

半潜式航行体是遥控猎雷系统的重要组成部分,其回转机动性直接影响系统的探测精度及作业安全。 参照国外典型半潜式航行体设计仿真模型,建立其运动方程组,分别在不同航速和不同垂直舵角下对半潜式航行体的水平定深回转运动进行仿真分析。 仿真结果表明:半潜式航行体具有较好的回转机动性, 回转半径随着垂直舵角的增大而减小,横滚角随着航速及垂直舵角的增大而增大,应综合考虑回转半径及横滚角进行实际控制。     

一种新型多功能海洋浮标

介绍一种多功能海洋考察与观测用浮标的结构、性能。浮标带有短波无线电遥控和数据传输功能、可外挂多种传感器;该浮标采用小水线结构,在较高海况下,具有较好的安定性。浮标配置了差分型全球定位（DGPS）接收机和短波电台,可对浮标的位置和工作状况实施实时监测,对浮标的工作程式实时遥控并进行必要的数据传输。浮标电子舱内具有大容量多通道数据采集记录系统,DGPS的lpps（1 pulse per second）信号被用于多浮标数据采集的精确同步。浮标可用于海洋监测、考察;也可用于水下目标高精度大地坐标测量等海洋工程。     

欠驱动AUV水平面动力定位控制方法研究

以欠驱动自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)为试验平台,提出了一种水平面动力定位控制方法。根据自研 AUV 平台的运动执行机构配置,针对其欠驱动特性设计运动控制器,控制纵向推力与转艏力矩,经过路径跟踪与区域镇定两个阶段,使航行器先沿预设路径快速接近目标点,再低速逐渐调整水平位置,最终在该点附近小范围内保持悬停。结合试验数据证明：航行器可抵达并稳定在目标点附近 2 m 范围内,并且在受到外力扰动偏离后能够重新返回,从而验证该动力定位控制方法的有效性。     

某型火箭发动机水下点火缩比相似关系研究与试验

火箭发动机通过水下点火工作,使得水下航行体更具综合性能优势和灵活使用能力。对于大型发动机水下点火问题,直接开展试验的资金较大,周期较长,采用缩比试验技术是研究其性能变化规律的有效工具。通过分析火箭发动机水下点火过程,通过控制方程和缩比准则,得到火箭发动机水下点火缩比相似律及主要参数的相似关系,为某型发动机水下点火的缩比技术的开展提供理论支撑。并在此基础上,开展发动机水下点火缩比试验,得到发动机在水下不同水深的推力特性。     

衡重参数对水下航行体铅垂面机动特性影响

掌握衡重参数对水下航行体机动特性影响对结构布局与总体方案设计极有帮助。针对铅垂面机动问题,建立了经过试验验证的回转外形航行体水下运动动力学模型,获得了不同衡重参数匹配关系下的机动弹道特性,分析了衡重参数及控制策略对机动性能的影响规律。研究发现,综合考虑机动方向等因素利用重力矩增大可用舵角是改善机动特性的关键。对铅垂面内向上机动,使质心位于浮心后方较远处,配合短时无控策略能够显著提升机动性能。     

基于水声环境空间中多模态深度融合模型的目标识别方法研究

随着对水下目标特性研究的深入和声学探测技术的发展,基于单模态的阵列式信息融合或基于空间信息的分布式信息融合的水下目标识别方法研究已有一定成果,但针对复杂海况导致单一物理场或单一融合层次的系统识别性能提高有限等方面影响的水下目标识别方法研究还有所不足,因此,开展基于多模态深度融合模型的水下目标识别方法研究可利用模态互补,共享信息而提升识别率。文中在国内外研究基础上,深入研究了基于到达时差法和多模态方法组合的检测方法,初步形成了基于水声环境空间中多模态深度融合模型的识别框架,开展了海洋中典型自然与人为事件的信号分析与特征提取,并在此基础上,设计新型基于海底基站的被动识别系统。该系统同步记录和由位置等组成的时间序列标记声、磁和压数据,可实现高精度、高分辨率的识别。本研究可满足未来海洋观测对高性能水下目标探测、定位和跟踪系统的迫切需要,为海洋安全监管、海洋突发事件应急响应等领域提供新的技术手段和科学参考。     

海底大地基准建设技术及其研究进展

海底大地基准网将是新一代国家综合PNT（Positioning, Navigation and Timing）系统建设的重要组成,也是未来海洋立体观测系统的基础设施。联合全球卫星导航定位系统和声学测距的GNSS-声学定位技术可用于高精度水下定位,直接服务于海底大地基准网建设。本文聚焦海底大地基准建设技术,简要梳理了国内外水下声学导航定位技术及系统背景,分析总结了海底大地基准建设的站址勘选及布放技术要点,在讨论GNSS-声学观测平台和数据采集技术基础上,重点探讨了GNSS-声学定位的数据处理方法研究进展,最后简单介绍了GNSS-声学的当前主要应用并展望了未来海底大地基准建设的技术需求和应用问题。     

海底电缆定位资料处理

海底电缆是目前国内外海洋石油勘探地震采集的一项先进技术。与常规的海上遥测地震采集方法相比,它有着噪声小、速度快、精度高等优点,其中精度高主要采用了水下声波二次定位系统。与之相适应的,为满足地震处理和物探解释的需要,我们自行开发研制了相应的定位处理软件系统,实现了海底电缆导航定位资料预处理、解编、后处理、质量控制和结果输出等功能。 本文从应用的观点出发,着重介绍了该系统的研究方法,软件的设计思想及应用效果。     

电子海图在海上油田安控系统中的应用

从海洋石油开发实际需求出发,通过分析海上油田安控系统的基本原理及其组成,详细介绍了如何利用M apX控件构建3G(GPS/GIS/GPRS)综合信息处理平台,根据系统流程对海图制作、船舶定位、航行轨迹记录和安控与调度等关键部分进行设计与实现。该系统为海上油田作业及航运提供远程监控、调度和安全控制,确保海上油田施工作业安全,提高航运效率。     

“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

“海龙III”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究，以及海洋石油工程服务等水下综合作业，能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。本文结合国内外深海ROV装备和技术发展现状，以新研发的6000米级“海龙III”号ROV搭载“大洋一号”船执行的2018年南海综合海试和48航次为例，从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面，详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程，对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。经过海上功能测试和试验性应用结果表明，“海龙III”ROV各项性能指标满足设计要求，验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力，创新了深水ROV作业方法手段，分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处，并结合实际应用提出后期改进计划，以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

一种浅海锚泊测流浮标系统的实验

早在五十年代,海洋科技工作者已开始利用浮标布设海洋调查仪器,进行海上观测的试验工作。目前被采用的浮标系统,大体有三种类型:(1)锚泊浮标系统,利用各类自含式海洋调査仪器进行测量,定期收回资料;(2)遥测浮标系统,利用无线电遥控和收发各种海洋观测数据;(3)漂移浮标系统,利用浮标本身的漂移,进行海流和其他要素的观测。本文主要介绍浅海锚泊浮标系统的设计和使用情况。 对锚泊浮标系统的研究和实验,许多国家已做了大量有成效的工作。目前关于浮标的设计和锚泊方法尚无統一意见,但是可以看出,大多趋向于采用水下浮标张缆锚泊。这种方法使得浮标系统比起遥测浮标系统来,较为轻小、经济、方便,适合于进行多站同步观测。国外在海洋调查中经常利用这种系统作较长期的海流观测。 我所在六十年代初就已开始了锚泊浮标系统的研究、实验,1964年进行了新的研究设计工作,并在“全国海洋仪器会战”期间,完成了整套系统的计算设计与海上实验,经过鉴定,建议作小批量生产。 近年来,国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所利用该浮标系统作过多次海上试用,取得了海流长期观测资料,初步考验了该系统的性能。我们最近又对某些部件作了一定的改进,并进行了海上实验。但是,实验也表明:此方法不宜在渔场区和台风盛行季节使用,因易被渔网拖损和丢失。现综合报告如下。