极浅海域波浪滑翔器跨介质通信实验

面向海洋立体信息感知中长期环境监测、目标探测、区域预警、跨介质信息中继等领域对极浅海域空海信息链路的需求,考虑极浅海域信道恶劣、潮流复杂、环境噪声严重等困难,采用直接序列扩频结合差分二进制相移键控（DS-DBPSK）的水声调制解调技术,以波浪滑翔器为平台进行水声通信、无线系统设计与整合,构建面向极浅海域水下信息支持的波浪滑翔机跨介质通信链路,并在平均深度12 m的厦门港海域开展极浅海域跨介质通信实验,验证了所设计技术方案及系统的有效性。     

"海鳐"波浪滑翔器研究进展及发展思路

波浪滑翔器是一种能够完全借助自然能源长周期运行的小型水面无人航行器,具有超强的续航能力和一定的控位能力,能够执行长时间、大范围、持续的海洋环境观测,水面水下目标探测,跨域通信及信息传递等任务。在国家“863 计划”和国家重点研发计划等领域项目的支持下,中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所研制的“海鳐”波浪滑翔器在平台技术及应用研究上均取得了重要的进展,整体技术水平处于国内领先、世界先进,为在我国军事、海洋环境监测、海洋资源开发利用等领域的应用推广奠定了坚实的平台基础。同时,波浪滑翔器仍是一种有限能力的小型无人航行器,在实际应用中还有许多需要完善和提高的地方。介绍了“海鳐”波浪滑翔器的最新研制进展,总结了研制过程中的部分关键技术,并根据波浪滑翔器在实际应用中存在的一些问题对其技术的发展方向进行了初步探讨。     

基于RT-Thread的波浪滑翔器控制系统设计与实现

波浪滑翔器是一种新型海洋无人自主航行器,拥有无污染、能耗低、续航时间长、航程远、生存能力强等诸多特点,已逐步成为国内外研究的热点。控制系统作为波浪滑翔器的重要组成部分之一,它的稳定与准确性直接影响着波浪滑翔器的航行性能尤其是走航和定点的控位精度。介绍了一种基于 RT-Thread 实时操作系统的波浪滑翔器控制系统设计,通过多次海上长时间连续试验表明,基于 RT-Thread 的波浪滑翔器控制系统具有良好的准确性和可靠性。     

“黑珍珠”波浪滑翔器研发综述

通过讲述"黑珍珠"波浪滑翔器的研发进程,总结了波浪滑翔器团队长达8年的发展经验。从国家科技计划全链条资助完成诸项开创式应用、波浪滑翔器型号化/产品化/国产化历程、团队多年发展壮大过程中的结构管理形式与知识产权布局等维度讲述了波浪滑翔器一类的高端海洋装备从由机理研究、关键技术攻关、样机研制、技术固化到工程化建设的发展规律。广大读者能够更多了解波浪滑翔器的当前进展、使用价值及在其海洋环境观测及海上安全保障探测中起到的重要作用。     

水下滑翔器耐压壳体的设计与优化

采用特征值屈曲分析方法对水下滑翔器耐压壳体的结构参数进行了分析,计算了结构参数在不同取值情况下壳体的临界失稳压力,在分析比较计算结果的基础上,确定了耐压壳结构参数的最优数值。计算结果表明,优化设计得到的壳体即能满足抗压稳定性和机械强度要求,又最大限度地减轻了壳体的重量,与最初的设计方案相比,壳体重量减轻了1.51 kg,同时也使壳体内部空间得到了加大,其中中间段内部空间直径扩大了8 mm。     

温差能驱动的水下滑翔器设计与实验研究

论文设计开发了一种新型的温差能驱动的水下滑翔器,并对它做了水域实验研究。文章讨论了温差能驱动的滑翔器运动机理及其在垂直剖面的运动分析,得到稳态运动的参数解。结合能够把水域温差能转变为机械能的热机设计以及滑翔器的主要机械结构和控制硬件系统设计,完成了滑翔器的初步设计与开发。滑翔器在千岛湖进行了水域实验,实验结果表明,此水下滑翔器完全能够利用温差能实现预定的滑翔运动。     

异构滑翔器水声通信技术研究现状和发展趋势

水下滑翔器和波浪能滑翔器由于其低能耗、长航时、灵活机动的特点,被广泛应用于海洋观探测任务中。单一滑翔器无法满足海洋任务多样性、复杂性的需求,借助水声通信技术可将水下滑翔器和水面波浪能滑翔器的优势相结合,构成异构体滑翔器编队体系结构,建立跨介质信息传输链路,扩展滑翔器的作用范围和监测能力。简要介绍了水声通信技术的研究现状、常用算法及其优劣,综述了异构体滑翔器水声通信技术研究与应用国内外现状,探讨了异构体滑翔器水声通信技术难点和未来研究趋势。对异构体滑翔器水声通信和组网的研究与应用具有重要价值。     

增强现实技术在水下定位测量中的应用

增强现实（AR）技术是应用领域非常广泛的新技术,涉及社会生活的多个领域,如医学、军事、交通、教育、娱乐、工业机械、景观规划、文物保护等,目前也已应用到水下工程中。本研究中AR技术首次成功应用到国内海洋工程水下定位测量作业中,以遥控水下机器人（ROV）为载体,搭载3D水下摄像机并配备相关水下传感器,通过专用AR软件将结构物三维模型、虚拟标识物、虚拟测量工具叠加到从水下传到水面的视频画面中,实现了水面操作人员与水下真实环境的实时交互,从而实时监测水下结构物的位置和姿态。将AR技术应用于水下定位测量,突破了传统的作业模式,具有高精度、高效率、低成本、无接触式和实时测量的优势特点,ROV不用紧贴结构物,软件操作便捷、测量数据精度可靠且实时显示,有效降低ROV的作业风险,提高作业时效。     

无人水下航行器在反水雷中的应用探讨

随着海军无人作战平台技术的快速发展,各种武器系统的智能化和无人化是必然的趋势。无人水下航行器将是未来作战最重要的装备,其集成了探测、导航、定位、能源、推进、新材料、新工艺以及智能控制等高科技,可充当现代海战的力量倍增器,提升体系作战能力。由于反水雷作业的危险性,将无人水下航行器与反水雷技术相结合,是未来反水雷的重要发展方向。     

抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用

基于测距定向原理的超短基线定位系统具有集成度高、操作简便的优势,但在缺少多余观测量的动态定位环境下,受外围传感器的可靠性和水声信号的传播特性的影响,超短基线定位结果中经常出现超出定位精度要求的粗差。为抑制粗差对定位精度的影响,本文提出了采用抗差卡尔曼滤波处理超短基线水下定位数据中的粗差,重点对比分析了目前国际上经典的Huber、IGG1、IGG3等价权函数的抗差滤波效果。利用Sonardyne Ranger 2超短基线采集的数据进行实验分析,实验结果表明,经典卡尔曼滤波受粗差影响严重,采用IGG系列权函数的抗差卡尔曼滤波方法可以有效降低粗差影响。     

水下滑翔机器人研究进展及应用

水下滑翔机器人（AUG）是一种将浮标技术与传统水下机器人技术相结合的新型水下机器人,可用于长时间、大范围的海洋环境测量和监测,具有较高的可控性和机动性。在欧洲地区海洋环境安全（MERSEA）中水下滑翔机器人扮演了重要的角色,未来其应用领域将更加广泛,性能更加先进。     

Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider

Hybrid-driven underwater glider is a new type of unmanned underwater vehicle, which combines the advantages of autonomous underwater vehicles and traditional underwater gliders. The autonomous underwater vehicles have good maneuverability and can travel with a high speed, while the traditional underwater gliders are highlighted by low power consumption, long voyage, long endurance and good stealth characteristics. The hybrid-driven underwater gliders can realize variable motion profiles by their own buoyancy-driven and propeller propulsion systems. Stability of the mechanical system determines the performance of the system. In this paper, the Petrel-Ⅱ hybrid-driven underwater glider developed by Tianjin University is selected as the research object and the stability of hybrid-driven underwater glider unitedly controlled by buoyancy and propeller has been targeted and evidenced. The dimensionless equations of the hybrid-driven underwater glider are obtained when the propeller is working. Then, the steady speed and steady glide path angle under steady-state motion have also been achieved. The steady-state operating conditions can be calculated when the hybrid-driven underwater glider reaches the desired steady-state motion. And the steady-state operating conditions are relatively conservative at the lower bound of the velocity range compared with the range of the velocity derived from the method of the composite Lyapunov function. By calculating the hydrodynamic coefficients of the Petrel-Ⅱ hybrid-driven underwater glider, the simulation analysis has been conducted. In addition, the results of the field trials conducted in the South China Sea and the Danjiangkou Reservoir of China have been presented to illustrate the validity of the analysis and simulation, and to show the feasibility of the method of the composite Lyapunov function which verifies the stability of the Petrel-Ⅱ hybrid-driven underwater glider.     

水下声学定位系统及其应用

分析了短基线、长基线和组合水声定位系统的特点，并就国内外声学定位系统的技术发展，对水声定位系统的分类及其原理、定位精度、发展现状与应用等方面进行了讨论。     

水下滑翔机纵垂面运动姿态分析

在水下滑翔机的设计过程中,为了能够预先估计其水动力特性和操纵特性,避免大量的约束模型实验,需要建立动力学模型以仿真分析水下滑翔机的动力学行为。动力学建模是研究水下滑翔机水动力特性的理论基础,是运动控制的分析依据。通过软件来模拟滑翔机上浮/下潜平衡状态的姿态,并对其进行受力分析得出此姿态对应的理论俯仰角,与实验数据进行了对比,结果基本吻合,为水下滑翔机的设计与控制提供了参考。     

大深度水下滑翔机总体设计

水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider,AUG)是一种浮力驱动的自主水下航行器 (Autonomous Underwater Vehicle,AUV),通过调整滑动质量块来改变重心与浮心的相对位置,从而控制自身的运动姿态。完成了水下滑翔机的外形设计,同时,对其各系统组成部分进行了初步设计与布局。利用 MATLAB 软件基于计算得到的流体动力参数对滑翔机进行运动特性分析,得出定常运动状态下攻角、俯仰角和水平速度等参量随重心水平位移和净浮质量之间的关系。最后使用 Simulink 软件对垂直面内滑翔机的运动模型进行弹道仿真,验证了水下滑翔机总体设计方法的有效性和可行性。     

水下滑翔器主体外形优化设计

对水下滑翔器主体外形的优化设计问题进行研究.首先,在考虑内部机械结构限制的条件下,建立了主体外形优化数学模型,并采用CFX计算了若干主体形状的绕流阻力.在此基础上建立了映射主体外形的尺寸参数与绕流阻力的BP神经网络.然后将建立的神经网络作为优化设计问题的目标函数,采用坐标轮换法对滑翔器主体外形进行了优化设计,确定了尺寸参数的最优解.     

波浪滑翔机推进装置翼片的启动阶段水动力学分析

波浪滑翔机直接利用波浪能实现大范围长距离的机动运动观测,在海洋环境观测中可以发挥重要的作用。本文对波浪滑翔机推进装置在启动阶段的翼片的水动力学行为进行了研究。以波浪滑翔机水下推进装置的翼片为研究对象,运用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),对给定垂荡和摆动运动的翼片水动力学进行了水动力分析和仿真,模拟了单个翼片、纵向阵列多翼片的运动状况,得到推进装置翼片附近的压力分布和整体推进动力,分析翼片间距变化在启动阶段对推进力的影响作用。通过该研究工作为深入理解波浪滑翔机推进装置工作状态提供了理论依据。     

基于扩频通信的深海水声定位技术研究

深海空间站在母船伴随保障时面对恶劣天气存在安全风险及水下多平台作业低效的问题,传统的单一的保障船模式仅依靠超短基线等水下定位方法,水下平台定位速度慢、误差大、相互感知协作困难,已无法满足要求.提出了一种基于通信信标的深海水声定位方法,采用宽带扩频通信进行时延估计,然后利用已建立的等效声速表查找等效声速,完成声线修正,从...