修正空时自适应处理在水下自导系统中的应用

为了将空时自适应处理(STAP)抑制杂波的理论应用于水下环境,从而解决浅水抗混响问题,提出了应用于水下自导系统的修正空时自适应方法。结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理;比较了雷达和水下自导系统目标回波模型,针对水下自导系统目标模型和混响空-时耦合项对空时自适应方法进行修正,并提出了应用空时耦合导向矢量进行空时处理;将该修正方法用于最优处理和目标检测。仿真结果表明,修正空时自适应方法有利于水下目标检测,应用空-时耦合导向矢量有助于提高目标方位估计能力。

空时耦合项对空时自适应处理的影响

为了利用混响谱的扩展和空-时耦合特性,采用空时自适应处理(STAP)理论进行混响抑制和运动目标检测,提出了应用于水下声呐环境的空时自适应修正方法.结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理;分析混响空-时耦合项,对空时自适应方法进行修正,并提出了应用空-时耦合导向矢量进行空时处理;将该修正方法用于最优处理和目标检测.仿真结果表明,修正空时自适应方法有利于水下目标检测,应用空-时耦合导向矢量有助于提高目标方位估计能力.

鱼雷缓冲头帽入水冲击性能研究

针对鱼雷缓冲头帽入水冲击过程理论分析困难、头帽强度设计边界难以确定的问题,采用ABAQUS软件建立了头帽入水有限元模型。研究了其入水冲击时组件应力分布规律,得出了尖拱形头帽以最小速度垂直入水时最难破裂,将此工况作为头帽强度设计的上边界,研究了影响头帽破裂的关键因素,相应给出了2种使头帽入水后更易破裂的改进方法,即降低头帽组件与雷体之间摩擦力和削弱整流罩强度,并通过仿真进行了验证。仿真结果表明,这2种改进方法都可以使头帽更容易破裂,如果同时采用这2种方法,则能够达到更理想的入水效果。

自适应联邦滤波算法在鱼雷多参量导航定位中的应用

针对鱼雷水下航行的特殊性以及组合导航系统中由于量测噪声统计特性的不确定而导致滤波精度降低的问题,提出了一种新的应用于鱼雷导航定位的自适应滤波算法。该算法通过新息自适应量测噪声,在噪声统计特性未知的情况下能进行滤波计算。同时在信息融合时提出一种新的自适应信息分配方法,该方法利用估计的均方误差阵来实时确定各子滤波器的信息分配系数,使信息分配系数能够跟随子滤波器的性能而改变。通过对新算法与标准卡尔曼滤波算法所做的对比仿真试验分析,结果表明,该自适应联邦滤波算法在鱼雷多参量自适应联邦滤波导航定位应用中的有效性。

鱼雷斜入水忽扑现象数值仿真

针对目前鱼雷入水初始弹道计算不准确的问题,对鱼雷入水过程中涉及的机理性问题进行了分析。基于无网格的优势,采用有限元法(FEM)/光滑质点动力学(SPH)耦合方法,对鱼雷斜入水大姿态运动过程进行了仿真。通过试验数据验证了仿真模型的正确性,并分析了鱼雷斜入水过程的忽扑现象。计算了不同工况下低压力的数值,并通过理论公式进行了验证。研究结果表明,鱼雷斜入水后雷头下部易产生低压效应,造成大姿态的低头运动。造成忽扑现象的低压力受入水攻角的影响较大,负攻角工况低压力数值比正攻角大,且持续作用时间长。所以需要充分考虑低压力的影响,才能更准确的对鱼雷入水弹道问题进行分析和设计。

多模型自适应联邦卡尔曼滤波及其在鱼雷导航定位中的应用

针对复杂环境所引起的鱼雷组合导航系统模型参数变化导致传统单一固定参数滤波器精度降低的问题,设计了一种适用于复杂情况的多模型自适应联邦卡尔曼滤波器。该滤波器采用多模自适应联邦滤波算法,利用多模型滤波器参数来逼近系统的动态性能,该滤波器同时采用了在信息融合时自适应调整信息分配系数的方法。实验室导航试验结果表明,文中设计的多模自适应联邦卡尔曼滤波器可以大大提高导航定位系统的估计精度、跟踪速度以及稳定性。

FEM/SPH耦合方法在鱼雷入水研究中的应用

为了扩大鱼雷浅海区的使用范围,浅水控制技术非常重要,鱼雷入水过程的非定常运动参数是初始控制的输入条件。文中采用有限元/光滑粒子流体动力学(FEM/SPH)耦合方法,建立鱼雷入水仿真模型,对鱼雷从触水到全沾湿过程进行了数值仿真,仿真结果与试验数据吻合较好,说明FEM/SPH耦合方法对于入水问题的研究具有明显的优势。仿真分析了鱼雷入水过程中运动姿态的变化,以及入水冲击加速度的变化趋势,文中所做研究为进一步研究鱼雷入水问题提供参考。

一种改进的混响精细结构模型及其特性分析

混响是鱼雷主动自导背景干扰的一部分,混响的建模与仿真对于研究鱼雷声自导系统具有重要意义。混响具有空时特性,利用空时自适应处理方法抑制混响成为一种可能。因此建立能准确反应水下声传播特性的混响模型,并在此基础上研究其空时特性,是声呐空时处理的重要环节。从水下声信号的特点出发,利用单元散射原理,对界面混响进行精细结构建模、仿真。仿真结果表明:该模型除了能比较完整细致地模拟混响的各种统计特性外,还能保持阵元间的空间相关性,而且能体现出混响的空时特性。

曲面离散载荷在仿真分析中的施加方法

针对有限元仿真分析中曲面上大量离散分布载荷施加困难的问题,提出了基于曲线拟合和线性插值的曲面分区拟合法,应用于由单调曲线回转而成的轴对称曲面上,求出载荷值沿各曲面分区的函数表达式,并通过表达式进行快速有效加载,提高了有限元前处理的效率。在模型风洞试验仿真分析中对该方法进行了应用验证,结果表明,该方法简单有效且能保证较高的精度。

混响空时协方差矩阵的两种计算方法比较与分析

协方差矩阵的计算是讨论空时自适应处理(STAP)的基础,本文主要对协方差矩阵的两种计算方法:适合理论研究的导向矢量合成方法和符合工程实际的直接阵列数据域方法进行了比较和分析。讨论了这两种方法的计算原理,以及各自的应用背景;比较了两种方法的计算结果在混响协方差矩阵形式、特征值、功率谱以及改善因子上的不同。仿真结果表明,两种计算方法有明显差异,直接阵列数据域方法为空时自适应处理的应用提供了更准确的理论基础。

一种用于运动声源航迹估计的双参考源方法

为了对高速运动状态下的水下航行器的航迹进行估计,提出双脉冲参考源的航迹估计方法.该方法通过对不同时刻下两个连续波脉冲参考源进行定向,结合各脉冲的辐射和接收时刻估计及已知的双源间距,即可估计直线运动中目标的航迹参数和各时刻下的航速.仿真结果表明,该方法提高了传统参考源方法的航迹估计性能.水库模拟实验中,该算法航向估计偏差在1%以内,正横距离估计偏差在9%以内,适用于高速运动水下航行器航迹估计.

捷联惯导系统圆锥误差分析

圆锥运动是刚体运动的一种几何效应,在圆锥运动下产生的圆锥误差是捷联惯导系统的重要误差源。产生圆锥误差的运动学机理表明,该误差在捷联惯导系统中只能通过系统设计和算法补偿等方法使其尽量减小而无法完全消除。本文在分析了圆锥误差的运动学机理的基础上推导了由于安装误差、陀螺量化误差、陀螺频带选取等因素影响下圆锥误差的大小。同时介绍了描述刚体圆锥运动的Goodman Robinson理论,应用该理论推导出了圆锥误差的一种有效修正算法,并通过仿真进行了验证。仿真结果表明,采取提高硬件精度和软件补偿的方法可以有效地降低圆锥误差对系统精度的影响。

基于遗传算法的加速度计免转台标定方法

针对现有的加速度计标定方法依赖于昂贵的仪器设备,导致标定成本高,提出一种低成本、操作简单的加速度计免转台标定方法。该方法通过对原始数据进行预处理,将标定问题转化为优化问题,采用遗传算法进行最优化求解得到补偿参数。通过对比试验得到:两种方法的标定相对误差在0.5%(标度因素)、3%(零偏);两种方法标定后通过加计姿态角提取的水平角误差在0.2°左右。结果表明,加速度计通过该方法经过补偿后,能够得到与传统转台标定方法相同数量级的测量精度,该方法可以有效替代传统标定方法,简化标定步骤,降低标定成本,具有重要的理论及使用价值。

一种基于模拟退火-改进二进制粒子群算法的测试优化选择方法

武器系统装备性能的不断提高,复杂度的不断增加对测试性设计提出更高要求。为了解决测试性设计中测试优化选择这一非确定性多项式难题(NP-hard),文中提出一种模拟退火-改进二进制粒子群算法(SA-IBPSO)用于求解最优完备测试集。该算法以二进制粒子群算法(BPSO)为基础框架,采用异步变化的学习因子,产生时变的压缩因子,以增强BPSO算法的全局搜索能力,确保其收敛性,并取消了对速度的边界限制;然后,与具有概率突跳能力的模拟退火算法(SA)相结合,以避免BPSO算法在求解过程中陷入局部最优。最后,通过案例验证,并与其他算法的运行结果进行比较,证明该算法可以更有效地解决测试优化选择问题。

一种基于独立膨胀原理的三维超空泡形态计算方法

针对超空泡鱼雷机动过程中流体动力计算需实时准确预报出三维空泡形态的问题,文中基于空泡截面独立膨胀原理,提出了一种三维非定常超空泡形态计算方法。通过与Logvinovich模型和计算流体力学(CFD)数值仿真方法的对比,验证了该方法的合理性。采用该方法对鱼雷的变速运动,变深运动,横、纵平面沿正弦轨迹运动及三维空间内螺旋运动的三维空泡形态进行了仿真分析,仿真结果表明,文中方法可以预报超空泡鱼雷沿任意轨迹运动的三维非定常超空泡形态。相较于Logvinovich模型和CFD数值仿真方法,该方法可以求解信息更全面的三维空泡形态,并可节省大量的计算资源。文中所做研究可为工程实践快速提供时变的三维超空泡形态,并可为超空泡鱼雷动力学模型的建立提供参考。

基于搜寻者算法的测试性优化分配方法

测试性分配是测试性设计中的重要环节。现有的分配方法存在权值计算复杂、权重确定主观性强、分配结果需根据经验调整等不足,不能准确反映产品的实际情况。为此,文中利用搜寻者优化算法(SOA)全局搜索能力强,收敛速度快、鲁棒性好的优势,将产品的全寿命周期费用作为目标函数,同时考虑多种相关影响因素,提出基于SOA算法的测试优化分配方法。最后,通过对鱼雷控制系统中41组件的故障检测率(FDR)指标进行分配,验证了该方法的可行性,该方法可为测试性优化设计提供参考。

基于改进板块元法的潜艇目标强度预报仿真

针对板块元法计算潜艇目标强度时积分分母可能为零,从而导致计算结果不稳定的问题,文中将Gordon积分算法用于潜艇目标强度的预报仿真,并针对复杂目标简化面元遮挡判断流程,首先对刚性球体进行建模计算,其次对Benchmark潜艇进行3D建模,运用改进板块元法对潜艇目标强度进行预报。仿真结果表明,改进模型的计算结果更加稳定,能够较好反映潜艇目标强度的特征。

基于主动倾斜转弯的超空泡航行器机动控制方法

针对超空泡航行器采用传统方式机动能力不足的问题,文中建立了一种基于主动倾斜转弯的机动控制方法。在分析超空泡航行器流体动力的基础上,根据不同工况下航行器的沾湿情况,求解了滑行力系数及力矩系数表格,对滑行力进行了重构,建立了超空泡航行器六自由度动力学模型,基于极限操舵模式设计了超空泡航行器深度与横滚通道的比例-积分-微分控制器,提出了基于主动倾斜转弯控制策略的横滚-航向协调控制的机动控制方法。数学仿真结果表明,所设计的控制器动态性能良好,可以满足超空泡航行器的机动要求。文中方法可为单自由度空化器超空泡航行器的机动实现问题提供参考。

一种回溯算法结合数据时序重构融合滤波的初始对准方法

为了在提高鱼雷初始对准精度的同时保证较短的对准时间,文中在采用回溯算法进行初始对准的基础上,通过对存储数据的调用及线下处理,提出一种数据时序重构融合滤波算法,通过对存储数据进行再次调用、整体辨识、特征量提取和时序重构,构建多级滤波器,与传统“正向—逆向—正向”滤波回溯算法比较,实现了一定时间内滤波估计及对准精度的进一步提高。实航数据的仿真对比试验证明了该方法在精度及时间上的有效性。

空腔结构入水冲击加速度和压力响应试验仿真分析

[目的]舰船与水砰击、空投鱼雷和飞机水上迫降时,结构物在与水砰击的过程中会受到较大的冲击载荷影响。对于舰船,它会严重影响船体结构和内部器件的功效以及舰员安全。为研究舰船与水砰击的问题,[方法]以楔形和弧形体为研究对象,使用自行设计的装置进行入水冲击试验,通过加速度计和PVDF压电传感器分别测量冲击过程的加速度和冲击压力。重点关注空腔的影响,基于楔形体和空腔空气仿真模型,采用ALE方法对不同入水工况下的加速度和压力响应进行仿真分析,并与试验结果进行比较。[结结果]分析表明:数值仿真结果与试验结果吻合较好,结构密闭空腔对加速度信号有重要影响;密闭空腔对弧形体的影响程度高于楔形体,对弹性体的加速度几乎没有影响,结构表面形状对入水冲击压力的影响较大。[结论]研究结果可以为入水结构的设计和结构冲击防护提供技术支撑。