水下运动平台的广义Radon变换目标参数估计方法

针对传统目标运动分析算法受静止单平台可观测性限制的问题,本文提出了一种基于广义Radon变换的水下运动平台目标参数估计方法。在观测平台自身的运动参数已知的假设下,推导了目标方位与各运动参数的数学关系,在此基础上通过对平台声呐测得的目标时间方位历程进行广义Radon变换,依次得到目标的航向角、速度以及目标相对于探测平台的初距,最终实现目标运动轨迹的解算。利用矢量阵的仿真数据对方法的可行性进行了分析验证,结果表明:作为一种批处理类方法,该方法无需进行迭代运算,易于实现,在较低信噪比条件下仍具有很好的估计精度和鲁棒性。

弹头结构对超空泡枪弹水下运动特性的影响

针对目前国内外水下航行体结构简单,稳定性较差的问题,基于重叠网格技术和6DOF动网格技术,提出一种两段式结构的超空泡枪弹。该枪弹采用两段式的斜肩结构,在水下航行时受到水阻力更小,具有较高的研究价值。为此,研究了3种不同弹头结构对超空泡枪弹水下运动过程的空泡形态、弹道及流体动力特性的影响。研究结果表明:不同结构弹丸水下航行时,平头弹丸产生2段空泡,尖头弹丸和圆头弹丸只生成1段空泡,圆头弹丸与斜肩的契合度更高;圆头弹丸的弹道稳定性更好,其次是平头弹丸,尖头弹丸的弹道稳定性最差;弹丸遇水初期,会产生一个阻力峰值,且随着弹丸的运动,阻力逐渐降低,圆头弹丸受外力的影响最小,尖头弹丸受外力影响程度最大。因此,圆头弹丸的水下弹道稳定性最优,减阻性能最佳,为超空泡枪弹的结构选择提供了一定的理论依据。

水下运动体尾流的浮升规律及其水面冷热特征的数值模拟

水下运动体尾流的浮升规律及其水面冷热特征是潜艇红外探测技术的基础。采用FLUENT软件中的多相流模型,对排放冷却水的水下航行潜艇尾流的浮升规律及其水面冷热特征进行了数值模拟,分别在温度均匀和温度分层及有、无气泡的海水中,获得了潜艇尾流不同横截面上和不同水平截面上的温度分布、尾流水平截面上的最大温差随水深的变化规律和尾流的浮升轨迹。结果表明:在温度均匀海水中,无论有、无气泡尾流都呈现"热"特征,尾流引起的水面热特征很微弱,但有气泡时的水面热特征比无气泡时要显著些;在温度分层海水中,无论有、无气泡尾流几乎都呈现"冷"特征,而且温度分层时的水面冷特征比温度均匀时的水面热特征要显著得多,但温度分层时尾流的浮升角比温度均匀时小得多。

水下运动目标实时检测算法研究

针对水下复杂环境情况,提出了一种快速实时检测水下运动目标的算法.在分析水下图像特性的基础上,对图像序列进行帧间差值运算得到差分图像,选择合适的阈值,对差分图像进行二值化和图像分割算法.结合差分图像中目标是由于待检测目标运动形成的特点,提出了衡量二值目标形状的线度指标的定义,可以描述目标的形状,从而实现快速实时检测水下运动目标.

基于马尔可夫过程的水下运动目标启发式搜索

在对启发式搜索算法进行研究的基础上,建立了水下目标的马尔可夫过程运动模型,将启发式搜索算法应用于对水下运动目标的搜索,研究了基于马尔可夫过程的运动目标启发式搜索算法。该算法由已知的目标先验位置分布信息不断地对目标的运动位置进行估计、更新,以获得精确的目标后验分布,再利用启发函数得到下一步的最佳搜索节点。仿真分析表明:在对水下运动目标搜索时,启发式搜索优于扩展方形搜索和平行搜索,有效地改善了搜索时间和搜索效率。

水下运动目标长基线定位解算研究

水下运动目标长基线应答器导航定位方程是非线性的，其非线性解法是成熟的。本文所讨论的解算方法的优点是算法简便。本文讨论了该定位方程组的近似解法及对近似解法的理解，利用近似解将非线性定位方程组转化为易于求解的圆方程组求精确解。仿真研究和海上试验证明本文所介绍的解法是高精度的、简便的。

水下运动体尾流水面特征的研究进展与应用

综述了国内外水下运动体尾流的水面冷热特征、水力特征和电导率特征的研究进展与应用领域,并给出了作者对有关问题的评论和拓展性思考。研究水下运动体尾流的水面特征,是发展反潜技术中需要解决的关键课题,这方面的研究成果不仅具有重要的学术价值,而且在国防建设中有着迫切和现实的需求。无论是潜艇探测技术还是隐身技术,都应该综合考虑潜艇尾流的水面冷热特征和水力特征及电导率特征。

基于水下运动平台的磁性目标跟踪与特征反演

传统的磁梯度张量定位方法大多基于单磁偶极子模型,对具有一定尺度的目标存在定位精度不足的问题,而且易受环境噪声以及测量精度的影响,尤其是在偶极子特征平面上,微小的扰动或者观测精度不足就会导致定位结果发生较大的偏差。针对上述问题,基于多个偶极子的组合模型,结合具有鲁棒性的无迹卡尔曼滤波算法,提出一种针对尺度磁性目标的磁梯度跟踪方法。该方法能够有效提高磁性尺度目标的定位精度,特别当出现异常观测时仍然可以准确定位目标。以水雷或者水下未爆弹等目标的识别为例,根据鲁棒无迹卡尔曼算法得到的偶极子分布状态,结合主成分分析算法的数学含义,设计了一种可以准确反演目标的主尺度特征以及结构特征的目标尺度反演算法。该算法可识别目标主尺度为线结构或者面结构,对目标主尺度反演误差小于0.3 m,对目标主尺度方向的反演误差小于2°,可为目标种类判别提供参考。

基于马尔可夫过程的水下运动目标启发式搜索

在搜索海域存在障碍的情况下,该文将启发式搜索算法应用于对水下运动目标的搜索,研究了基于马尔可夫过程的运动目标启发式搜索算法。建立了马尔可夫水下运动目标规避模型、搜索器启发式搜索过程模型和马尔可夫水下运动目标的搜索概率模型。该算法由已知的目标先验位置分布信息不断地对目标的运动位置进行估计、更新,以获得精确的目标后验分布,再利用启发函数得到下一步的最佳搜索节点。仿真分析表明:在对水下运动目标搜索时,搜索器能有效地规避障碍,提高搜索效率,有助于研究水下目标的优化搜索。

水下运动体的三维动力特性分析

在水下运行的物体,由于其与周围水之间的相互作用,从本质来说是一种典型的流固耦合问题。采用位移-压力格式(结构用位移来描述而流体用压力来描述)的流固耦合模型来描述运动体和水之间的相互作用。这种格式和有限元方法将水下运动体的三维动力特性问题,归结为一个大型非对称方程的特征值问题。采用Arnoldi方法进行此非对称特征值的求解。此外,对于刚体模态带来的零频问题,构造出一种特殊的迭代求解格式。最后,给出了一个水下圆柱体的实例计算分析,计算结果表明本文中的方法是切实有效的。

溃坝(堤)堵口单件水下运动特性试验

为了研究堵口单件的水下运动特性及其受投放方式等因素的影响,为紧急堵口方案中直升机的利用提供可靠的技术支撑,针对多种溃坝堵口单件,在玻璃水槽中进行了投放模型试验。从投放方式、竖直方向初速度、密度、形状和水流表面流速这5个方面进行了30种工况的试验。通过试验数据的处理,分析比较了不同工况下多种因素对堵口单件水下运动特性的影响。结果表明:密度适中的中空堵口单件是优选形式;而选择较小迎水面积和阻水面积的投放方式则有利于堵口单件的沉底,并且可以减小漂距。

SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究

水下运动物体可以在海面产生波浪,这种波浪与海洋表面波相互作用改变了海浪谱的高低频分布而形成波浪尾迹。将这样的波-波相互作用处理为对背景海浪谱的扰动,利用海面微波散射的二尺度模型,分析波浪尾迹对雷达散射系数的影响,并给出相应的数值计算模型;对水下不同运动状态物体的波浪用汇源分布法计算出波面函数,将它们分别与一些特定海况的海浪波面函数叠加,并对之进行微波后向散射测量仿真计算,给出波浪尾迹的SAR(SyntheticApertureRadar、合成孔径雷达)探测图像;再利用二维谱分析技术对模拟SAR图像进行处理,提取波浪尾迹信息。初步结果表明,SAR探测下运动物体是可行的。

水下运动目标线谱噪声源识别方法研究

根据运动声源的多普勒频移特性,该文提出单水听器识别低频线谱噪声源位置的3种方法。首先,利用加窗互Wigner-Ville分布(cross Wigner-Ville Distribution,XWVD)精确提取微弱多普勒频移曲线后,分别使用频率交点和最小二乘来估计噪声源通过水听器的正横时刻从而识别噪声源位置,这两种方法称为频率交点法和最小二乘法。进一步地,利用直接对多普勒信号做WVD后自交叉项的能量发散特性,得到一种计算量相对较小的噪声源识别方法。水池试验和海上试验分析结果表明,基于多普勒效应的3种方法都对噪声源进行了有效定位,性能明显优于现有的通过特性法,其中最小二乘法定位精度略优于基于交叉项特性的方法,频率交点法定位误差略大。

水下运动体横—滚控制弹道稳定性探讨

本文根据水下运动体空间运动方程与横—滚控制方程,探讨了控制参数与舵机特性对控制弹道稳定性的影响。

膜态沸腾球体水下运动减阻特性

为揭示膜态沸腾球体水下运动减阻机理,基于计算流体力学方法,采用Mixture多相流模型,耦合蒸发-冷凝相变模型,对亚临界雷诺数范围内的膜态沸腾球体绕流减阻特性进行数值仿真,得到的阻力系数与文献[11]实验结果具有较好的一致性。对比分析了普通球体与膜态沸腾球体的绕流特性,研究了雷诺数对膜态沸腾球体绕流特性的影响,分析了膜态沸腾球体绕流运动减阻机理。仿真结果表明:膜态沸腾球体蒸汽膜的存在使球体壁面的无滑移边界条件转化为蒸汽膜的滑移边界条件,减小了壁面对流体的粘滞作用,使流动分离点向尾部移动,减小了球体绕流阻力;蒸汽会在球体尾部发生堆积,随着雷诺数的增大,堆积位置向后移动,阻力系数变小,尾部流动更趋于流线型。

瞬时频率估计的水下运动目标参数估计方法

针对水下运动目标的参数估计,建立了目标与水听器相对运动形成的多普勒模型.提出利用互L-Wigner分布(cross L-Wigner distribution,XLWD)作为瞬时频率估计器,精确估计水听器接收到的目标辐射线谱信号的多普勒频移,同时也获得信号的时变幅值,进而通过加权非线性最小二乘法估计得到水下运动目标的参数.海试数据分析表明,相对估计误差在20%以内时,正横距离和速度估计值的概率分别大于0.85和0.96,试验结果验证了方法的有效性.

反潜作战中潜艇水下运动模型建模与仿真

潜艇的水下运动轨迹对于反潜作战有着重要的意义。实际反潜作战时,潜艇的水下位置依靠预先感知信息进行判断,仅能得到其大致区域,无法获得详细的潜艇运动参数。本文立足于水下潜艇运动要素的分布规律,研究了要素间多维随机变量生成算法。结合此算法,产生了水下潜艇的常规运动航迹以及规避运动航迹。在已知潜艇部分先验信息的情况下,对水下潜艇的运动进行仿真,并验证了随机变量波动带来的虚拟航迹与真实航迹的偏差。

鱼雷的水下运动分析

对于鱼雷在水下搜索段的运动过程，建立了统一的六自由度运动模型，同时对流体惯性力力矩进行了合理的引入，减小了附加质量的处理难度．对方程进行了矩阵化处理后，加入了控制方程，最终得到了比较合理而简洁的水下的运动模型．

水下运动物体及海底地形的SAR探测的初步研究 (二)海底地形的SAR仿真影像分析

海底地形所引起的流场变化会调制海水表面的小尺度波动，从而可以被合成孔径雷达（ＳＡＲ）所探测。本文利用谱方法计算了一假想海底地形对均匀背景流场的影响。在袁业立有关海波高频谱形式及ＳＡＲ影像原理的理论分析基础上［１，２］，本文进一步计算了海底地形ＳＡＲ影像的Ｇ值分布图，并讨论了地形的高度、背景流方向、背景流流速对海底地形ＳＡＲ影像的影响。

基于马尔可夫过程的水下运动目标搜索概率

以水下目标搜索为背景,建立了水下目标运动模型、搜索器搜索过程模型、马尔可夫运动目标搜索模型,并以此为基础,仿真分析了水下目标运动服从马尔可夫运动过程条件下,搜索器以5种不同方式对水下目标进行搜索时搜索器的运动路径、对水下目标的搜索概率,为研究水下目标的优化搜索奠定了基础.