基于扩展单调速率算法的水下平台通信系统

针对水下平台工作环境复杂、通信实时性和可靠性要求高的特点,设计了一套分布式冗余通信系统。该通信系统以西门子PLC S7-400H和工控机为主控制器,基于波分复用技术建立了冗余的光纤传输通路;同时提出了一种新型的扩展单调速率算法,对水下平台的任务进行了优先级分配,并基于此算法进行了通信系统软件设计。经过可靠性分析和半实物仿真试验验证,该通信系统的实时性、可靠性及冗余机制符合设计要求,可以成功应用于水下平台,效果良好。     

基于形态滤波的水声通信信号同步检测方法

针对水声通信过程中拷贝相关同步检测在不同信道环境下相关峰值差距较大,通过单一固定门限同步检测导致信号误检率、漏检率高的问题,设计了一种信号同步检测帧结构,在传统拷贝相关同步检测信号前加入三单音信号,结合形态学滤波技术,提出了一种新的水声通信信号同步检测方法,实现了不同信道环境和通信距离下单一固定门限检测值的水声通信信号同步检测,降低了信号同步检测的误检和漏检概率。实际海试结果表明：在5 km,7 km,10 km不同通信距离和信道环境下该方法均可实现信号同步检测,信号的误检概率和漏检概率均为0。     

高速水声通信中正交频分复用技术试验研究

设计了基于正交频分复用的高速水声通信系统,并进行了湖上和海上试验研究。湖试中,在6 000 m距离下,传输速率达到7.6 kbps,误码率低于10-4;海试中,在12 km距离下,传输速率达到8.3 kbps,误码率低于10-3。试验结果表明,正交频分复用技术可以较好地克服码间干扰,有效地利用水声信道带宽,达到高速水声通信的目的。     

支持灵活构建北斗通信网络的节点设备

采用北斗管理型用户终端设备和北斗数据采集型终端设备构建通信网络的方式,在一定程度上能够满足迅速组网的需求,但是该网络一旦建成后,就不能随意进行变动。这不利于北斗系统的大规模推广应用。为了解决该问题,通过详细分析北斗组网功能的技术体制,并对现有北斗通信网络设计的优缺点进行分类对比,最后提出基于节点设备灵活构建北斗通信网络的方法。该方法的核心是设计了一种节点设备,该设备由北斗数据采集型终端设备和相关软件构成。利用该设备能够非常方便地将各个分通信网络组合成大的统一的通信网络,同时也支持不同通信网络的子网络之间的任意迁移和改动。     

海面环境下舰船目标的RCS测试建模分析

在分析国内外海面环境下舰船目标电磁散射特性测试建模技术研究现状和海面环境下舰船目标电磁散射特点的基础上,提出了一种"半确定性"的海面环境下舰船目标的电磁散射特性建模仿真计算方法.该方法可以在不具备外场全尺寸测试或造浪条件下电磁缩比试验条件时,以一定的置信度获取海面舰船的耦合电磁散射特性,为研究海面舰船雷达隐身设计验证提...     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

水下光通信技术的研究与展望

水下光通信（Underwater Optical Wireless Communication,UOWC）是一种新型的水下通信技术,具有保密性好、可靠性高等优点,对于构建全光立体通信网络以及6G空天海地一体化全方位通信有重要的意义。分析了水下光通信相较于其他传统水下通信方式的优点,对水下光通信发展历程与进展进行了综述,对比了水下光通信2种主流光源：激光光源和LED光源。针对现阶段水下光通信面临的难题,提出了一种完善的水下光通信系统框图,并研制出相应的硬件系统,完成了水下通信调试。水下光通信是一种切实可行的新型通信方式,兼具灵活、保密、高速率等特点,在未来的6G时代中将会得到进一步的发展和应用。     

基于海战环境的大气波导观测方法研究

海上作战一旦遇到大气波导,可使船载电子信息系统之间的短波通信距离增大数倍,同时通信距离范围内的部分区域会出现电磁盲区。该文以海上战场环境为背景,阐述了海上大气波导对未来海上作战的重要性。通过对大气波导的形成机制和影响机理进行研究,系统化概括了蒸发波导、表面波导和抬升波导的观测原理及常用观测方法。通过对比分析传统大气波导的观测方法,发现其在观测手段、观测精度、观测范围和观测成本方面存在局限性。基于此,该文提出一种多物理场协同探测的大气波导观测方法,该方法通过集合海上浮标网、船联网、星联网和岸基网等各类观测仪器和设备,可实时获取海上大气参数,构建海上大气波导预报系统。最终,通过该预报系统可实现海上大气波导大范围、高精度、实时性预报,对海上作战掌握制空权具有重要意义。     

全回转重吊船关键区域多体动力耦合优化设计

基于多学科交叉技术,本文提出了一种考虑运动和动力耦合的复杂多体系统优化设计分析方法.基于ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)平台建立全回转重吊船刚柔耦合虚拟样机,以AQWA(Advanced Quantitative Wave Analysis)...     

基于磁感应的跨介质通信技术研究

随着海洋军事与战略的发展,传统声学难以完成空水跨介质通信需求。磁感应通信技术由于在空水介质中磁导率一致,且具有信道稳定、速度快、体积灵活、成本低的优势,可以作为空水跨介质的技术补充。以磁偶极子为基础,对空水跨介质感应磁场传播模型进行了研究,证明磁场在空水界面的传播连续性,之后基于USRP设计通信收发电路并实现一套磁感应通信系统。该系统在收发线圈半径10 cm,发射功率1 mW情况下,实现空水（湖水）跨介质20m,通信速率10kbps的无误码文本传输,证实了磁感应通信在空水跨介质场景下的可行性,对后续的相关研究具有一定的指导意义。     

Potential performance of parametric communications

From a designer viewpoint, a parametric array should not appear different from any other type of acoustic transducer and should be described by a limited set of design equations together with their range of validity. In this paper, these design equations are stated and discussed. They are used to optimize the acoustic parameters of an underwater communication system using parametric transduction and to evaluate its performance in terms of signal-to-noise ratio and data-rate limits as a function of transmission range. It turns out that, for a maximum data transmission rate at a given range, there is a set of optimum design parameters which is a function of the array size only. This means that, once given an operational range, the primary frequency, the electrical power, the maximum acoustic source level, and the directionality of the transducer can be deduced directly from the array diameter     

基于水下绞车的实时传输潜标研制及海上试验

针对“透明海洋”工程对水下实时、长期、连续观测的迫切需求,开展基于水下绞车的实时传输潜标研制。该型潜标采用水下绞车牵引卫星通信浮标的方式,将潜标上搭载的测量仪器观测数据通过铠装通信缆传输到卫星通信浮标,当卫星通信浮标浮出水面时,再通过卫星通信传输至数据接收处理装置,完成数据传输后,水下绞车牵引卫星通信浮标至海面以下50 m,从而实现潜标系统的实时传输功能。本文详细介绍了基于水下绞车的实时传输潜标系统设计及关键组部件设计,并通过海上试验验证了该型潜标海上应用的可行性。     

水下升降式准实时通信潜标控制系统研制

为实现长期、连续、定点、低成本的上层海洋垂直剖面要素的准实时观测,提出了一种以STM32单片机(microcontroller unit,MCU)为主控器、采用国产温盐深传感器(conductivity temperature depth,CTD)和声学多普勒剖面流速仪(acoustic doppler current profilers,ADCP)等仪器进行剖面观测、搭载铱星通信模块或其他通信设备、适用于近海和远海的低功耗水下升降式准实时通信潜标控制系统设计方案。介绍了潜标的结构组成、控制系统硬件和软件设计,以及服务器接收软件的设计;实现了基于无线双向通信的数据补发机制和对潜标的远程控制;提出了一种适用于霍尔无刷直流电机(hall brushless direct current motor,HBLDCM)的堵转保护方法。近海和远海试验表明,该型潜标可以实现海洋垂直剖面的连续观测和数据的准实时传输,验证了潜标控制系统设计方案的可行性与稳定性。     

深海视频采集系统保护窗口的设计和优化

保护窗口是深海视频采集系统的关键组件。为提高深海视频采集系统的整体性能,保障深海资源的勘探和开发利用,文章通过力学分析、理论对比和打压试验等过程,对保护窗口进行设计和优化。研究结果表明:球扇形窗口更适合全海深均匀高压环境;与主流窗口材料蓝宝石相比,我国自主研制的YAG透明陶瓷在性能和成本上具有优势;以第四强度理论作为充分准则进行设计,以第一和第二强度理论作为必要条件进行校验,结合有限元力学分析结果,外径为96mm的半球形保护窗口的最优内径为76mm;对采用该内径尺寸透明陶瓷保护窗口的深海视频采集系统进行全海深压强水下打压试验,有力证实相关理论和设计思想的合理性和可靠性。     

基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计

以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。     

Numerical modelling of deep sea air-lift

Deep sea air-lifting of solid particles from depth of 1600 m is simulated with a mathematical model of the three-phase flow in an upward pipe. The computations are carried out for an axisymmetric domain in a transient way. Phase distributions, pressure and velocity profiles together with flow rates for all phases are presented and analysed. The influence of the pipe diameter on the air-lift efficiency was studied for air-lift pipes of different lengths and found to be significant. The lifting efficiency increases with the increase of the pipe diameter due to the reduction of the wall friction influence on the flow. In addition, the efficiency also increases with the increase of the solid particles volume fraction at the inlet. The presented numerical model can be utilized during various stages of the design of the air-lift pumps to help answer fundamental questions on the process, and during their operation to select optimal process parameters and to address possible problems.     

海上风电半潜式基础初步选型Pareto-Optimal评价

针对半潜漂浮式风电基础初步选型,采用Pareto-Optimal评价方法对不同吃水、平台立柱直径、立柱间距和垂荡板直径四个参数的不同组合进行分析比较。基于浮体动力学频域计算方法,采用我国阳江某海域极限波浪条件计算得到叶轮中心水平加速度,同时考虑完整稳性的计算结果。对比分析表明平台吃水和立柱直径宜选择适中的取值,较大的排水量和立柱总体积并不会显著减小叶轮中心水平加速度。垂荡板对于改善平台整体性能是较为敏感的,垂荡板与立柱的直径比存在一定的最佳范围。平台立柱间距是影响平台运动性能最大的因素,增大立柱间距可以有效地降低叶轮中心水平加速度,但立柱间距的增大对立柱间的撑杆结构强度以及平台整体的建造和下水提出了较大的挑战。     

优化采样策略下长江口潮间带大型底栖生物物种丰富度的估算

在异质性潮间带湿地中通过野外采样估算大型底栖动物物种丰富度,面临的挑战是统计上精确性的要求与实际采样难度之间的矛盾。为了解决这个问题,本研究通过对采样策略整个过程的三个主要部分进行优化设计（优化采样方法、确定最少采样效力、探索最佳的采样间距）,以期在中国长江河口典型的潮间带湿地中获得一个优化、有效和实用的大型底栖动物采样策略。本研究选取了横断面采样方法,并根据典型栖息地类型（潮滩、潮沟、盐沼植被）进行分层优化采样,这种类型的采样也称为横断面分层抽样。最少采样效力和最佳的采样间距由两个数学方法确定：蒙特·卡洛模拟和物种累积曲线。结果表明,根据典型栖息地类型优化的横断面分层采样,在大为减少采样效力和劳动力的情况下,还能采集样地81%物种,优化效果明显。同时,还分别确定了三类栖息地的最佳采样间隔和最小采样效力：在盐沼植被中,采样效力需要超过1.8 m2,最佳采样间隔为10 m;在潮滩中,最小采样效力2 m2,最佳采样间隔为10 m;在潮沟中,采样效力为3 m2,间隔为1 m。不同栖息地类型之间最小采样效力和最佳采样间隔的差异可能受到优势物种的迁移范围和栖息地的物理差异（例如潮汐水文、底泥、植被覆盖）的影响。本研究所采用的优化采样策略在平衡采样效力的情况下,为大型底栖动物丰富度估算提供良好的精度。此外,在河口湿地进行大型底栖动物调查之时,本研究的结论能提供采样策略参考。本研究所采用的采样策略设计注重采样的三个关键部分,具有良好的采样效果,可作为栖息地管理或生态系统评估的野外实地采样指南。     

点吸收式波浪能俘获装置结构优化方法研究

根据布设海域波浪能资源特征,对点吸收式波浪能装置结构进行优化,可有效提高装置的能量俘获效率。本文以威海褚岛北部海域为装置布设目标海域,在对该海域波浪资源特征进行统计分析的基础上,计算得到装置的直径,同时利用数值软件计算出多组工况下点吸收装置吃水深度和装置固有周期的对应关系,并利用统计学方法得出装置固有周期随吃水深度的变化规律,进而分析得出装置在该海域的最佳设计吃水深度,为点吸收波浪能装置结构优化设计提供了新的思路。该方法对于其他技术类型波浪能装置的结构优化设计同样具有借鉴意义。     

船舶管线隔振支座布局几何优化设计方法

海洋工程船舶管线隔振支座布局直接影响到管线整体的结构性能和经济性。在船舶管线隔振支座布局优化规范设计法的基础上,进一步提出了隔振支座布局几何优化设计模型与方法。该方法假定支座总数目,采用迭代优化算法求解,通过确定各支座的几何位置坐标实现布局优化。该迭代算法依据约束条件的满足情况及变步长的临界间距值来确定支座数量的减少与增加,最终得到较优的支座数目及间距。以应用于某舰艇的二维管道为例,用该方法对其隔振支座布局进行优化设计,并将不同目标函数下的优化结果同规范设计法所得结果进行了对比。比较结果表明,该模型与方法具有较好的可行性与稳定性。