基于多源信息融合的水下航行器航迹测量方法

针对水下航行器航迹实时分析的需求,提出了一种基于多源信息融合的测量方法。通过传感器获得水下航行器状态信息,利用主成分分析方法将试验数据作为一变量,定义总体的各主成分,利用测量值与主成分的复相关关系,给出了各传感器的综合支持程度和数据融合公式,完成多源数据的融合。应用实例验证了该方法的有效性和精确性,能够提高试验数据的可信度。     

海洋油田平台水下安防系统航迹融合与报警技术

多传感器信息融合技术是对各个传感器的观测数据进行综合处理的过程,是多学科、多领域的高层次共性关键技术。以多源信息融合技术为基础,对 AIS、雷达与声呐多源探测信息融合算法进行了较为深入地研究,提出适应水下安防系统的多源信息融合与报警技术的工程化应用方案,对实际应用情况做了简要总结,经验证该技术能够较好应用于水下安防系统的数据分析和分级报警中。     

AUV水下移动重力测量建模及误差分析

水下移动重力测量能够连续实施近水底的重力勘测,如使用自主水下无人航行器(AUV)还能允许水面母船同时执行多个任务,进而降低水下重力测量相关的高昂成本和准入门槛.研究了水下移动重力测量的基本原理和方法,建立了水下移动重力测量模型和相应的误差模型,重点分析了捷联式重力仪的传感器、姿态、位置、速度等误差源.讨论了达到1 mg...     

传感器测量衰减下的水下目标纯方位跟踪算法

为解决多传感器水下目标纯方位跟踪中的传感器测量衰减问题,建立水下目标静态多传感器纯方位跟踪模型,将传感器测量衰减建模为统计特性已知的随机变量,基于融合中心接收到的各水声传感器的原始测量值,设计了一种集中式状态估计器结构,利用最小方差方法推导出最优的集中式目标状态估计增益。通过算例仿真可以得出,所提出的算法能够在水声传感器不做机动的前提下跟踪目标,弥补了单个水声传感器观测性不足的缺点,对比传统的集中式Kalman估计器,具有更高的精度,能够有效解决传感器测量衰减问题。     

多传感器组合导航系统研究

为了满足水下航行器高精度导航定位的需求,建立了多传感器组合导航的系统模型。针对信息融合过程中出现的非线性环节,在传统联邦滤波器的基础上,提出了基于粒子滤波的混合联邦滤波器。其中,线性子系统采用卡尔曼滤波算法进行滤波估计,非线性子系统采用粒子滤波算法进行滤波估计。计算机仿真分析表明,该混合联邦滤波算法能够将线性和非线性子系统的滤波结果很好地融合起来,提高了组合导航系统的定位精度。     

基于多源信息融合的浅海超低频声源目标探测关键技术及实现

以多传感器信息融合理论为指导,结合现代信息处理技术与数据驱动建模及科学计算技术,研究浅海超低频声源目标激发共存地震波的复合声场中超低频声波传播特性和数据驱动建模的水下目标深度识别等关键技术,并论证了技术实现方案及路径。结果表明:以复合矢量水听器、地震波监测仪等多传感器信息融合理论为指导研究前海超低频声源目标可以克服传统声场建模存在的问题,有助于浅海超低频声源目标探测及改善海洋水下声学监测手段。在提高声呐探测设备的测量准确度、精度方面具有重要的理论意义,对周边海域为浅海的我国海防具有实战价值。     

水下滑翔器运动控制与自主导航策略

水下滑翔器嵌入式控制系统采用Philips公司的LPC2478为主控芯片,搭载多路高精度传感器以及伺服执行系统。通过对水下滑翔器的结构分析,构建出水下滑翔器的动力学模型,采用神经网络PID控制算法调节动力学模型中的俯仰角和横滚角,实现水下滑翔器在水下运行时的姿态调节与航迹控制。引入高斯大地线算法,分析处理经纬度坐标与航向角数据,计算得到水下滑翔器的航行距离与航向角偏差数据,从而控制伺服系统实现导航控制。同时,鉴于水面环境与水下环境的差异,为提高水下滑翔器的导航精度,引入水下航位推算算法,推算出水下滑翔器在水下的航向与姿态角,提高其在水下运行的精确度。     

UUV定深控制模型参数优化设计方法

合适的控制模型参数能够保证被控对象在较快的响应时间和较小的超调量下达到控制目标,无人水下航行器定深控制模型参数的优化设计对提升水下航行器使用性能具有重要意义。首先,建立了水下航行器空间运动学方程,基于 Modelica 建模语言构建了航行器虚拟样机及其定深控制模型。然后,以响应时间和超调量最小为优化目标,采用非支配排序差分进化算法建立了水下航行器定深控制模型参数多目标优化流程,基于 OPTIMUS 平台构建了水下航行器定深控制模型参数优化设计工作流。以某水下航行器为对象的实验结果表明：所提方法可快速获得较优的 PID 控制模型参数,优化后的水下航行器定深运动控制特性显著改善。     

基于MATLAB的自主水下航行器经典控制算法仿真分析

针对自主水下航行器在水下航行中的姿态控制问题,采用经典控制律的数学模型,依据总体参数和流体动力参数,代入到下航行器纵向运动微分方程组中,通过MATLAB自编程序运用龙格库塔法求解此微分方程组,并将经典控制方程(算法)引入到微分方程组的求解当中,其仿真分析结果验证和支持了自主水下航行器的湖上试验,为某自主水下航行器项目实...     

基于AIS的海洋环境目标监测技术研究

介绍了由多种AIS监测平台获取船舶信息的方法,探讨基于AIS的海洋环境目标监测技术。介绍了AIS信息获取和融合技术,提出了同类传感器多源融合与异类传感器多源融合的模型,描述了船只目标信息提取与应用技术。通过收集处理AIS信息,可以大大扩展船舶的监视范围,对于提高船舶动态的监控能力和海上安全的保障能力具有很重要的意义。     

混合驱动自主潜航器续航能力分析

混合驱动自主潜航器融合了自主潜航器机动灵活和水下滑翔机续航能力强的优点,针对自身携带能源有限的问题,对在两种工作模式下如何实现最大航行距离进行了研究.从航行过程中的能源消耗入手,得出航行距离与速度、电子设备功率等的关系,通过理论分析和仿真手段得出最大续航能力的实现方法.在螺旋桨驱动模式下,当以经济航速航行时,可以达到最大航行距离;在浮力驱动模式下,当以最大滑翔效率航行时,水平方向上的滑翔距离最大,并且水平方向上的滑翔距离随着剖面深度的增大而增大,当剖面深度大到一定程度之后,最大滑翔距离趋于恒定.该研究方法可为类似水下航行器电源管理系统的能源分配提供参考,也可为航行器外形的设计和传感器的选型提供理论指导.     

深海自治式水下航行器组合导航/定位误差分析与建模

在深海海洋油气资源勘探开发中,导航定位数据是各个测量参数的基准信息,测量载体的定位精度在一定程度上决定了其搭载的传感器探测精度。以COSL Explorer型深水自治式水下航行器为研究对象,分析其组合导航/定位系统的特点,得出包含超短基线水下定位、多普勒计程仪与惯性系统组合导航、海水中声速影响的深水自治式水下航行器导航/定位误差模型,并对该模型参数进行等误差剖面分析,得到该载体导航/定位误差分布趋势。并针对不同航速、不同定位斜距、不同时间间隔下的组合导航定位误差进行预报,为自主航行器在大海深、大范围工程勘察测量时参数设置提供理论依据。     

应用于自主水下航行器的高可靠性CAN总线协议研究

在研究适用于自主水下航行器的CAN总线协议中,提出一种合理可行的CAN总线协议和CAN应用层接口协议,能有效地提高自主水下航行器的数据通讯效率和长短帧数据收发的可靠性.     

自主水下航行器的软变结构控制

研究自主水下航行器系统的软变结构控制策略问题。首先分析软变结构控制系统的结构特征,利用双曲正切函数,给出控制受限情形的软变结构控制策略。其次利用Lyapunov稳定性理论,讨论自主水下航行器软变结构控制系统的稳定性,然后构造了基于双曲正切函数的软变结构控制器,给出自主水下航行器软变结构控制的具体算法。基于双曲正切函数的自主水下航行器软变结构控制系统调节精度高,响应速度快,有效地削弱了系统抖振。最后通过一个仿真实验,比较了自主水下航行器垂直深度通道的4种控制策略对系统性能的影响,从而验证了研究方法的有效性。     

无人水下航行器故障预测与健康管理框架研究

针对无人水下航行器维修保障难度大、成本高的问题,论述了 PHM 技术在无人水下航行器的系统级、分系统级、设备级的应用问题,提出了一套适用于无人水下航行器机载、岸基故障预测与健康管理(PHM) 系统框架结构。分析了其中的关键技术,在此基础上进行了无人水下航行器 PHM 数据流结构设计。最后,以 PHM 技术工程应用为线索,提出了无人水下航行器 PHM 总体集成技术方案。     

高温燃气推进下水下航行器出筒发射数值模拟研究

水下航行器出筒过程往往伴随着高温高速的水气多相混合流动,物理过程复杂多变,对航行器的发射动力、载荷以及出筒后的运动姿态等有着重要影响。以某水下航行器出筒发射为例,采用 CFD 方法开展高温燃气推进下水下航行器出筒发射数值模拟研究,通过不同网格密度下的水平方向位移和竖直方向位移比较,论证了数值模拟的收敛性。进一步利用所建立的数值模型模拟了不同初始发射倾角、不同横向来流作用下高温燃气推进下水下航行器出筒过程,得到了航行器出筒后的偏转角度和速度,明确了发射过程中的速度场与温度场的典型特征等,为水下热发射系统的设计提供指导。     

基于水舱结构的UUV平衡液位算法研究

为了解决装配水舱的水下无人航行器在出航前,需人为通过调节水舱液位,使航行器处于零浮力状态的不便捷性问题,提出一种可以自动调整航行器平衡液位的方法。结合航行器自身水舱结构,通过 PID 算法将航行器的姿态信息和水舱液位信息进行整合,调节水舱水量实现航行器密度近似于当前水域密度,寻找满足航行器零浮力平衡姿态下的水舱液位。通过 MATLAB 仿真分析,该算法可以实现自主调节平衡液位的目的。     

基于多源水深数据融合的海底高精度地形重建

本文在研究多源水深数据构建技术的基础上,分析了张力样条插值算法和“移去-恢复”法的多源水深数据融合处理技术,基于该方法选取实验区,利用多波束、单波束、历史海图等多源水深数据进行高精度海底地形融合试验,并针对多源水深融合技术缺少误差评估的现状,利用split-sample方法对融合结果进行水深不确定性评估,形成融合结果的可靠性空间分布。结果表明该方法无论是在数据稀疏区还是高密度区都达到了较好的融合效果,既保留了高分辨率水深数据的细节信息,又较真实的反映了研究区海底地形特征,且构建的海底地形精度可靠,误差百分比集中在0.5%。本文整套数据融合和结果评估方法可为多源水深数据融合的海底高精度地形构建提供借鉴和参考。     

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。     

“海马”航行器倍受青睐

据外刊报道:美国海军新近推出了一种大排水量无人水下航行器的分析研究报告和具体方案。据透露,这种无人水下航行器的排水量可能为5吨左右。是迄今为止美国研制的排水量最大的一种水下航行器。它可在多种平台上部署,包括SSGN导弹潜艇、“弗吉尼亚”级攻击核潜艇和水面舰