基于改进贝叶斯估计的水下地形匹配辅助导航方法

以多波束测深数据为依据,提出了一种基于贝叶斯估计的智能水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)水下地形匹配辅助导航方法,针对在地形特征不明显区域该方法伪点增多的不足,引入了费希尔判据准则,提出了一种以最大有向特征参数作为二次判别依据的贝叶斯-费希尔估计方法,该方法有效地减少了伪点的个数,增强了地形平坦区域的识别率,对初始定位误差具有良好的鲁棒性。基于电子海图数据和多波束海上实验数据的仿真定位结果,表明了该方法的有效性和可行性。

基于小波网络的水下机器人推进器故障诊断

针对小波神经网络的隐层小波函数可以调节伸缩因子与平移因子影响网络输出的特点,将其伸缩因子与平移因子引入到最小扰动动态学习率的学习算法中。此算法通过计算动态学习率,使得小波函数的伸缩因子与平移因子以及网络连接权值的变化最小,这样便可提高小波神经网络的稳定性和收敛速度。使用这种小波神经网络对机器人建模,通过比较模型的输出(运动状态估计值)与实际测量值可得到残差,并分析残差提取故障判断准则,从而进行推进器故障诊断。仿真试验验证了该方法的有效性。

螺旋桨及其运行对潜艇操纵性水动力影响的模型试验研究

利用循环水槽中的垂直型平面运动机构(VPMM)对无桨和带桨全附体潜艇模型完成拘束模型试验,分析目的拟合出潜艇操纵性无因次线性水动力系数。对比可知:带桨模型的水动力系数Z'_w、M'_w和舵角系数Y'_(δr)、M'_(δs)、Z'_(δs)较无桨模型分别减小17.33%、36.33%、16.10%、30.51%、24.25%,而舵角系数N'δr较无桨时增加16.45%,其余水动力系数的变化基本维持在10%以内。由此表明螺旋桨的存在及其运行对潜艇操纵性水动力系数具有一定的影响。

改进的K-RANSAC椭圆检测方法

水下目标的自主探测与识别对于水下智能机器人(autonomous underwater vehicles)来说具有非常重要的意义,这种能力的大小决定了机器人对水下空间环境的理解程度和作业的成功与否.提出一种改进的椭圆检测方法用于水下目标的自主探测和识别,充分利用了ZOM边缘检测算法的抗噪声能力强,并能够同时提供边缘点的位置和方向信息的优点.吸取了K RANSAC提取曲线的思想,并充分利用三点确定椭圆方程参数的优势减少投票次数.通过对真实水下图像中椭圆提取实验的结果表明,该方法节省时间,并具有很好的鲁棒性,可以用于水下智能机器人的目标识别.

潜水器螺旋桨和舵翼布局的优化

对潜水器螺旋桨和舵翼的布置方式进行了研究。根据双桨在敞水中的相互干扰情况确定双桨的安装位置,而后将螺旋桨、艇体和舵翼作为一个整体来分析,采用数值模拟的方法计算四种不同的桨舵布置方式中螺旋桨的水动力性能、舵翼的舵效和艇体的阻力随着舵角不同的变化情况。结合实际要求,选择最好的桨舵布置方式。

支撑方式和模型尺度对轴对称体旋转导数的影响

旋臂水池是开展轴对称体水动力研究的常用试验设备之一,水池模型试验中的尺度效应和支撑方式一直是操纵性能试验研究的难点.在合理选取模型尺度、支杆与模型直径比、模型浸深以及模型速度的基础上,进行了轴对称体2种尺度模型和腹、尾支撑2种方式多工况下的旋转导数试验,并得出了线性和非线性旋转水动力导数.试验结果表明,在不考虑支杆干扰的情况下,模型试验中支撑方式对旋转导数的影响是可以忽略的,尺度效应要针对不同的试验对象分别考虑.

基于相位重构的计算全息再现光场中噪声的消除方法

由于量化噪声、胶片中有大量微小颗粒等原因,用CGH再现的光场中往往有散斑噪声。为了消除散斑噪声,文章提出了一种新的处理思路和方法:不是刻意去获得低噪声的再现光场,而是用数字全息技术重构再现光场(包括散斑噪声)的振幅和相位,继而从再现光场中消除散斑噪声,得到高质量的再现光场。实验结果表明,即使在散斑噪声很大的情况下用该方法得到的光场依然是令人满意的。

改进人工免疫算法在水下机器人运动控制中的应用研究

基于生物免疫系统的生理特性,以免疫系统T细胞、B细胞与免疫应答为基础,引入了免疫算法,其结构简单,易于实现,但是由于忽略了免疫系统的记忆、自适应、细胞繁殖和自然死亡等复杂的机理行为,也不具有实时自调整的能力。结合梯度搜索方法和希尔函数,提出了一种基于Sigmoid非线性模型的自学习免疫控制算法。将该方法应用于水下机器人的运动控制系统进行仿真研究,结果表明了改进人工免疫算法的有效性。

基于改进精英机制的双种群蚁群算法

针对蚁群优算法在进化中容易出现早熟和停滞的现象,对基本蚁群算法进行了改进。借鉴生物群体的相互协作机理,将蚁群算法中的蚂蚁分成两个群体分别独立进行进化,并定期进行信息交换。同时,将遗传算法中排序的概念扩展到精英机制当中,形成基于优化排序的精英蚁群系统。两方法相结合,有效缓解了因信息素浓度失衡而造成的局部收敛,改进算法的搜索性能,计算结果也表明该算法有效性和可行性。

300公斤级小型智能探测系统开发2014年技术总结报告

300 kg级AUV在经历2014年上半年的全面改造后。为了检验系统的性能,可靠性,在山东威海进行了为期2个月的海试。根据AUV在海试过程中的表现和对试验数据统计分析,表明该AUV在艏向控制、垂向控制、和梳状搜索等方面均有很大的改进和提高。其中,艏向控制精度在60个控制节拍内的平均艏向角偏差为0.284°;垂向控制精度在60个控制节拍内的平均垂向控制偏差0.127 m;AUV最大航速5节,且3节巡航速度时的续航能力为200 km;AUV在执行梳状搜索任务时,其实际航行轨迹与规划路线吻合较好,具有较强的海底规划搜索能力。

水下运动物体在相互接近过程中的水动力计算

用面元法计算了两个水下物体在相互接近过程中对水动力的影响，给出了水动力系统系数随物体间距离的变化曲线。该计算程序经对圆球的计算值与试验值比较了得到了验证。本研究对水下双潜器的近距离协同作业和潜器在接近障碍物过程中的运动控制能够提供较好的数学模型。

船舶在复杂海况下的实时运动仿真

给出一种工程实用的仿真方法，能实时地提供船舶在复杂海况下的动态响应数据，利用该方法所建立的运动仿真系统为研究和开发海洋工程动力定位技术提供了较好的调试环境，文中对两个不同算例的数值仿真结果，表明该方法对工程应用是可行的。

智能潜器的集成仿真系统

本文介绍了智能潜器集成仿真系统的硬、软件结构．通过这一系统所展示的水下虚拟仿真环境能够在研究和开发智能潜器的控制体系结构、潜器载体的水动力学。

仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景 ,对金枪鱼的月牙形尾鳍进行水动力分析。文中将金枪鱼的尾鳍处理为在做横移和摇摆的耦合运动的同时 ,以某一匀速向前运动的月牙形刚性尾翼。计算中应用了双曲面元和压力库塔条件 ,利用面元法计算分析该三维尾翼的非定常水动力性能。探讨了前进速度、横荡和摇首的幅度。

高速滑行艇在规则波中的纵向运动数值研究

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳跃和不规则跳跃3种运动形式。对3种运动形式发生的条件,即波长、波高和航速进行了研究,得到运动发生的条件区间,并分析了跳跃的发生对纵向运动幅度规律的影响。计算结果表明,规则跳跃和不规则跳跃的发生均会改变无量纲化纵向运动幅值随波高的变化规律。其中,不规则跳跃对滑行艇运动幅值的影响较规则运动更为强烈。

高速滑行艇CFD精度研究

文章基于RANSE VOF求解器,对高速滑行艇稳定直航状态下的水动力计算精度进行研究。根据模型试验中的航行姿态,建立水气二相流模型进行数值模拟。分别采用结构化网格和切割体网格对楔形体进行计算,分析阻力和动升力的计算精度。通过比较得知,对于高速滑行表面问题,切割体网格和结构化网格同样可以满足工程精度,而前者能够很好地适应复杂的滑行艇表面且网格生成较为便捷。因此文中进一步采用切割体网格对滑行艇进行数值计算,精度同样满足滑行艇的模型试验,验证了CFD方法可以满足两相流中高速滑行表面的水动力计算精度问题。

智能潜器控制系统的实航验证

本文介绍了某智能潜器的系统概要及其使命规划系统和使命控制系统的结构，并通过对其实航试验结果的分析，证明了本系统能够实现自主导航、自主避障等功能。特别是，本系统对潜器的位置和艏向具有优良的控制特性，达到了预定的研究目标。