基于3D激光雷达的水面无人艇靠泊参数估计

为准确地估计靠泊参数,提出了一种基于艇载3D激光雷达的靠泊参数估计方法。该方法包括2个主要模块:无人艇位姿估计和靠泊状态估计。无人艇位姿估计模块采用点云预处理算法对原始点云进行降采样并滤除异常值,利用点云配准算法实现了无人艇靠泊过程中的位姿估计。靠泊状态估计模块通过MSAC算法提取泊位边界信息,并基于此信息计算靠泊参数。实验结果表明:该算法所得无人艇位姿信息和靠泊参数信息均与实际相符,平均靠泊距离误差小于0.023 m,平均角度误差小于0.26°,验证了该靠泊参数估计算法的准确性和合理性。

Lyapunov稳定性分析在欠驱动船舶路径跟踪的应用

欠驱动船舶系统的非线性位置控制,因为建模参数控制的不确定性,对于欠驱动运动方程中的某些变量并不能很好的控制。为此,本文基于Lyapunov稳定性原理,对欠驱动控制方法的应用展开探讨,通过对其多特征值、轨迹跟踪和位置控制问题进行研究,提出一种多特征自适应融合的算法。同时通过借助视频目标跟踪自适应融合的方式,能够提高欠驱动船舶路径跟踪的精确性。

舰船热像理论模拟中的物理模型和数学模型

该文研究了舰船热像理论建模中的建立物理模型过程中的一些重要问题 ,并讨论了整个舰船在计算温度场和红外辐射场时数学模型。

应答器未校准情况下的水下长基线定位方法研究

针对应答器未校准情况下的水下长基线定位问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波的同步定位与地图创建方法。应用随机地图技术,将自主水下航行器的位置坐标和应答器的位置坐标组成增广状态矢量,以到应答器的距离为测量值,用无迹卡尔曼滤波进行求解。该方法是一种实时在线算法,充分利用了速度和航向信息,克服了非线性方程方法存在的状态矢量维数高、求解易发散的问题,并且对水下航行器的运动方式没有约束。仿真结果表明,它能够抑制航位推算法定位的累积误差,提供水下长期的、误差有界的定位信息。

船舶极低频电场信号特性分析

为了对船舶极低频电场信号的特性进行深入研究,利用所研制的低噪声测量系统对某海域的船舶电场信号进行了测量。在测量结果的基础上对其信号特征进行了分析,分析结果表明:中型船舶的极低频电场信号在近场可达上百微伏每米的量级,且轴频电场信号为谐波信号,在频域上表现为线谱信号,其基频为螺旋桨转动频率,因此该信号可被应用于远程探测。海上试验结果表明:所研制的测量系统利用轴频电场可以探测到2km外的目标信号。

潜艇旋臂回转试验数值模拟

为模拟潜艇回转运动,文中以结构化网格为基础,分别选取了基于固定坐标系的Mesh Motion方法和基于运动坐标系的添加动量源项方法对旋转导数进行预报,对全附体SUBOFF模型进行回转运动仿真,并与试验结果进行对比.结果表明:Mesh Motion方法和添加动量源项方法均满足工程要求,添加动量源项方法计算时,网格数目少,有效降低了计算耗时.最后,根据Y+的不同分布,文中分析了回转运动中RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的计算精度和计算时间.

基于遗传算法的航向测量误差分析

提出了一种基于遗传算法的高精度航向测量误差分析的方法,测量模型由2台全站仪组成.通过最佳保留策略和带约束条件的遗传算子,保证该算法具有全局搜索能力.分析结果表明,遗传算法的搜索空间仅为整个搜索空间的0.03%,该模型在现有码头条件下航向测量的精度可达到4″,满足对舰船导航设备高精度航向标校的要求.

船舶水下电场的预测方法

为了实现对船舶水下电场信号目标特征的控制,提出一种信号预测的方法。对测得的信号进行小波分解并分别在静电场和轴频电场频段进行重构。对高频的轴频电场信号构建自回归预测模型,对低频的静电场信号以灰色GM(1,1)模型进行拟合。将预测结果进行叠加得到对下一时刻电场信号的预测值。实测数据对该方法的检验结果表明:用该方法对船舶水下电场进行预测,电场的预测误差在原信号幅值的20%以内。

基于Vondrak滤波和三次样条插值的船舶轨迹修复研究

船舶航行轨迹是船舶的位置和时间的记录序列,对分析船舶的航行状态、水上交通事故预测等具有重要的意义。为了修正AIS数据传输中断等原因导致船舶位置、时间更新数据不正确,解决船舶轨迹的缺失问题开展了船舶轨迹修复的研究,设计了分布式船舶轨迹修复模型,运用Vondrak滤波对船舶航行轨迹进行平滑的预处理,再通过三次样条插值法分别对船舶经度、纬度信息进行修复,最后将经度、纬度信息合并得到修复后的船舶轨迹,并利用Matlab对修复方法的效果进行仿真验证。结果表明,其算法误差为6.01×10-5,能够准确地修复船舶轨迹。为基于船舶航行轨迹数据的相关研究提供相对准确的数据支持。

基于静止标量磁强计的运动舰船定位问题的研究

建立了静止标量磁强计对运动舰船定位的模型,并给出了用遗传算法求全局较优解、然后用单纯形法进行精确局部搜索的求解参数的方法.仿真实验表明这种方法有效、可行.

基于约束的单舰纯方位跟踪算法

提出一种把运动目标舰艇的航速约束以及对陆地岛礁规避的约束加入修正增益推广卡尔曼滤波器的方法 ,对目标观测方程和目标状态方程分别进行修正 ,用于单舰对海上运动舰艇辐射源进行纯方位跟踪。航速约束可以当作输出为 0的增加的观测数据来处理 ;另外 ,根据当前估计的目标位置和航速 ,当下一个周期目标将航行到陆地岛礁或即将航行到陆地岛礁时 ,用规避因子矩阵来修正目标舰的航向和航速 ,以避免目标航行到陆地岛礁。计算机模拟结果表明 ,该方法能提高对海上运动舰艇辐射源的无源定位精度。

基于船舶自动识别系统的局部缩减航道元胞自动机模型

为提高船舶进出港口的安全和效率,针对船舶进出口航道双通道航道有一条通道局部关闭,船舶需要变道绕行另一通道的情况,提出基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)的NaSch船舶交通流模型,建立一种航道局部缩减的元胞自动机(Cellular Automata,CA)船舶交通流模型.结合船舶实际交通情况给出计算机数值仿真的船舶交通流时空斑图以及发生意外时的事故-恢复空斑图.针对一个算例,运用模型分析影响通道通行能力的警戒区长度设置、船舶到达率等交通要素.结果表明,该模型可以应用于决策模拟以提高航道通行能力、减少船舶滞留.

基于边界元法的船舶水下静电场模型

针对传统电偶极子方法在船舶水下电场建模工作中反演实验与模型修正的过程比较复杂等不足,采用边界元法建立了包含船体材料、涂层、腐蚀区域和外加电流阴极保护系统辅助阳极的数量、位置、面积等参数在内的模型,计算了阴极保护系统在关闭与开启两种状态时船身的腐蚀状况和船体下方50m、边长200m平面的电场强度。计算结果表明:采用边界元方法能够得到包括阴极保护系统在内的船身各项参数对静电场和自身腐蚀状况的影响,如果对阴极保护系统进行合理的设置,能够减小船身的腐蚀和水下静电场的目标特征。

GPS动态定位中自适应卡尔曼滤波模型的建立及其算法研究

采用描述机动载体运动的“当前”统计模型，建立了一种新的GPS动态定位自适应卡尔曼滤波模型。为了进一步提高滤波器的动态性能，提出一种改进的自适应滤波算法，大大提高了GPS动态定位卡尔曼滤波器的跟踪能力，改善了滤波效果。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。

水声式自航模运动轨迹实时测量系统

该系统是一种将水声技术和计算机技术相结合的实时测绘系统 ,主要用于水面和水下自航模型的水平面运动轨迹测量 。

自适应神经网络用于船舶动力定位系统

船舶动力定位（DP）采用一种控制系统驱动装在船上的侧推器和尾部推进器或者几个全回转的推进器，使船定位在海平面的要求位置上。船受到风、浪及流等海洋环境力的作用时会漂移离开原位置，传统的控制方法是采用PID（比例、积分、微分）反馈控制。顾和李（1994）提出了一种新的基于人工神经网络的控制方法，它具有许多优越性：①一个可随意调节的目标函数以适合不同的需求──定位精度高或节约定位能量后前馈控制并能自适应于不同的环境力变化包括非线性的波浪漂力；本文在目标函数中引入了与速度相关的项，从而提高控制质量。这一方法也可用于自动驾驶船舶沿设定的轨迹航行。计算机模拟结果表明本方法能达到很好的控制效果。

全驱动船舶路径跟踪控制

针对全驱动水面船舶路径跟踪控制问题,基于滑模控制技术,综合运用反演法和李雅普诺夫理论,设计船舶路径跟踪控制器,并验证其稳定性;在控制器中加人一阶低通滤波器,过滤高频波段,提高控制器的精度;通过在仿真环境中搭建模型,进行直线、圆和正弦曲线轨迹路径跟踪试验,验证控制算法的有效性。

北极航道的船舶组合导航方法

为解决新开辟的具有重要经济价值及战略意义的北极航道船舶航行安全保障问题,建立适用于北极航道的船位推算导航模型。在获取精确的初始船位前提下,利用航向、航速连续推算船舶船位,同时利用卡尔曼滤波修正累积推算误差,以获取高精度、高可靠性的推算船位。针对高纬度下的陀螺罗经航向误差较大的问题,采用卫星罗经或光纤罗经替代陀螺罗经;而对卫星定位信号异常而无法获取船位的问题,提出了自动雷达定位技术。在GPS正常时,选择GPS卫星罗经+GPS滤波的组合导航方案;在GPS异常时,选择光纤罗经+自动雷达定位滤波的组合导航方案,可为船舶在北极航道航行提供连续、准确、可靠的导航定位保障。研究结果表明,前者得到的推算船位与GPS实测船位的误差很小,均差在4.5 m左右;后者可为船舶提供2 h推算误差在50 m以内较高精度的船位。

提高 GPS 定位精度的新方法

提出了一种提高ＧＰＳ定位精度的新方法。用该方法可以准确地对ＧＰＳ定位数据进行建模和一步预测，在此基础上通过自适应滤波能够提高ＧＰＳ定位精度３～５倍。定点实时数据处理证明了此方法的有效性。该方法对于船舶航行的最优控制及不具备使用差分ＧＰＳ技术条件的用户都具有一定的实用价值。

潜艇自航模操纵性试验的模型设计

针对潜艇自航模实际加工过程中系统设备布置问题,设计一种用于复杂结构体重量重心及转动惯量测量装置,解决潜艇自航模内部构件的测量问题;运用Isight数据优化软件对自航模内部构件的布局进行优化,为自航模内部构件的装配提供较为准确的布局形式;同时对自航模内部自调装置进行相应的设计,消除工装误差的影响,使自航模重心位置、转动惯量更加准确,使自航模操纵性试验能够更加准确地反应实艇的操纵性能。