水下无人潜航器内部磁场有限元仿真建模及其分布特性

针对水下无人潜航器(UUV)磁场分布特性的研究需求,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对UUV的磁场分布进行建模和仿真。分析UUV内部磁场来源及分布情况;对比分析磁偶极子理论计算与COMSOL磁场建模仿真,探讨利用COMSOL软件模拟方法开展磁场建模的可行性;运用COMSOL仿真软件,构建UUV几何模型,求解分析UUV平台干扰磁场分布特性。建模和仿真结果表明,利用COMSOL仿真软件实现磁偶极子建模是正确可靠的,UUV平台中后部磁感应强度最强,艏艉处磁感应强度最小,约为20 nT,为UUV平台的磁传感器安装位置和低磁性优化设计提供了依据。

水下无人潜航器集群发展现状及关键技术综述

随着水下无人潜航器技术的发展和日渐成熟,单一水下无人潜航器已不能满足需求的发展,这就使多水下无人潜航器以集群的形式互相协作执行任务成为了水下无人潜航器发展的必然趋势。本文从军事领域和民用领域两方面介绍了国外主要水下无人潜航器集群项目,包括项目设立目标和发展情况;分析了水下无人潜航器集群的一些关键技术的国内外研究现状和发展趋势,主要包括集群智能控制、通信网络设计、任务规划、路径规划、编队控制和导航定位等方面;最后对水下无人潜航器集群系统发展做出展望。

水下无人潜航器避障与导航仿真系统设计与应用

精确导航定位、有效探测和实时避障是水下无人潜航器执行远航程任务的基础。为了实现水下无人潜航器智能化功能的演示与验证,在研究组合导航模型和基于检测的动态避障策略的基础上,针对被仿对象的特点进行系统分析,提出了基于离散事件的多线程并发的仿真构架和模型组件化封装思路,设计了水下无人潜航器导航与避障仿真系统,划分功能模块,规划了仿真流程,面向不同作战想定实现水下无人潜航器数学仿真应用。试验结果表明,系统可以满足水下无人潜航器不同指标函数条件下导航与避障仿真演示验证需求。

水下无人潜航器探测与控制单元数据交互及其实现

作为探测用途的水下无人潜航器,其探测与控制单元数据交互的有效实现对确保其使命的实现至关重要;考虑到控制命令和探测参数的数据量不大,二者之间的通信采用可靠性高、抗干扰强、低速率的串口通信实现;文章探讨了水下无人潜航器探测与控制单元数据交互机制及其实现,并以PowerPC平台与RS422串口通信为例,结合VxWorks下的看门狗定时器机制,给出了一种高精度循环定时的串口通信的实现方法;系统实际长时间的运行和测试表明,该方法运行稳定可靠。

水下自航器航迹控制系统仿真研究

该文提出了一种带优化修正函数的非线性ＰＩＤ控制器设计方法，用它设计的控制器能对复杂非线性对象进行简单而有效的控制。用它为某型自航器设计的航迹控制器在不同入水条件下进行了仿真研究。仿真结果表明，用带优化修正函数的非线性ＰＩＤ控制器设计方法设计的自航器航迹控制系统，在不同入水条件下都具有良好的动、静态特性。说明非线性ＰＩＤ控制方案较好地解决了空投入水自航器的航迹控制问题。

THEIL不等系数法在水下自航器仿真模型验证中的应用

该文讨论了ＴＨＥＩＬ不等系数法在水下自航器仿真模型验证中使用时的有关问题，提出两种模型验证方案，通过数字仿真的方法讨论了ＴＨＥＩＬ不等系数对初值的不确定、随机测量噪声、不同验模方案的适用性。

基于预测控制的水下自航器抗海浪变深控制分析

水下自主航行器在近水面航行中存在着深度跟踪和姿态控制较为困难的问题。为此,首先建立了自主航行器的近水面三自由度运动数学模型,然后设计了无迹卡尔曼滤波器实现对系统状态的估计;接着,利用斯特林内插法在变动的工作点处对自主航行器模型进行近似线性化,并根据线性化后的模型设计预测控制器,实现自主航行器的变深运动控制。经过仿真试验,验证了滤波器对自主航行器近水面运动状态估计的准确性以及预测控制器在抗海浪扰动上的控制效果。仿真结果表明,带有无迹卡尔曼滤波器的预测控制器可以快速、准确地实现自主航行器的深度跟踪控制与姿态控制,且具有响应速度快,对外部扰动鲁棒性强的特点。

一种水下自航器实时控制半实物仿真系统

介绍了一种水下自航器实时控制半实物仿真系统。为保证控制的实时性，系统采用双机并行工作，利用PC机求解水下自航器运动方程，工业控制机实现控制算法。文中阐述了系统硬件结构及工作原理，介绍了实时仿真软件和实时控制软件，最后给出了一种变结构控制方案在该系统上的试验结果。结果表明，该仿真系统结构合理可靠，容易编程，仿真算法完全满足实时仿真要求。

微小型水下潜航器的底层控制技术

通过对微小型水下潜航器的建模,针对微小型水下潜航器自动定向、自动定深和定高,以及速度在内的一些参数提出了改进控制结构和底层控制的方法。针对自动定深、定高、定位等水平面控制,改进串级双闭环控制结构,提高了控制的响应速度和调节精度。通过传统PID控制、利用粒子群算法(PSO)进行参数优化的改进PID控制以及模糊控制3种控制方法,分析微小型水下无人潜航器在底层控制方面的优劣。仿真对比发现,粒子群优化的PID(PSO-PID)算法的控制效果在速度控制方面明显强于普通PID算法,但由于微小型水下潜航器数学模型的不确定性,在位置控制方面弱于模糊控制器,证明了所提出的方法具有快速动态响应特性,并具有一定的鲁棒性,拥有较高的控制性能。

X舵水下潜航器改进滑模控制策略研究

针对具有4个独立方向舵的X舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对X方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立X方向舵控制分配方法。通过仿真验证控制方法的有效性,与未改进滑模和PID控制方法相比,该方法在航向和俯仰控制更有效,且在路径跟踪过程中,方向舵控制输入平滑,可有效减轻滑模控制的抖振。

国外水下无人潜航器及其通信技术发展综述

水下无人潜航器作为水下新质作战力量,将深刻影响和改变未来海上作战样式,世界海洋军事强国高度重视无人潜航器技术发展和作战应用。文中从单体平台、集群组网和装备能力三个角度,总结梳理国外水下无人潜航器发展现状,在此基础上,重点分析水下无人潜航器水面、水下和新质通信技术与能力,研判通信手段发展趋势,为我国水下无人装备发展提供借鉴和参考。

水下自航器传感器故障的检测与隔离

提出一种水下自航器一般运动过程中传感器故障的检测与隔离方法，直接利用各传感器测量值导出解析余度，通过统计假设检验，完成故障诊断任务。故障的检测与隔离无须增加硬件余度和其他解析余度，可靠性好，检测迅速。

基于正交移动双水下自主潜航器的水下合作目标定位方法

利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一。针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法。每个AUV通过自身携带的惯性导航系统(INS)和多普勒计程仪进行自身定位,并在多次运动过程中通过与静止目标间的通信时延差测量进行定位。该方法需要2个相对航向角呈90°的正交移动AUV通过最少2次与静止目标间通信完成次定位。相比于传统的单移动传感器定位方法,该算法需要的定位周期更短,对同步要求更低。实验结果表明,该方法定位精度有显著提高,同时有效定位区域增大,在长时间定位过程中对AUV位置误差影响更低。

基于改进蚁群算法的水下潜航器安全隐蔽航路规划研究

针对水下潜航器的特点和实际需求,设计潜航器安全隐蔽航路规划模型。首先对水下航路规划的影响因素集进行划分,结合水下潜航器特点,通过改进信息素更新机制及启发因子的设计,建立基于蚁群算法的潜航器全局航路规划模型;其次考虑敌我距离变化量、我方位置与目标点的距离、我方声呐盲区、敌我距离最小量作为代价函数的4个因数,建立单目标动态威胁的局部航路规划;最后通过仿真得到全局规划路径和局部避碰路径结果,说明该方法在水下潜航器航路规划具有实际应用价值。

远程水下自主潜航器现状及关键技术研究

水下自主潜航器已经成为水下战争的重要组成力量,势必将在现代战争中发挥越来越重要的作用.立足现有水下自主潜航器发展现状,深入研究发展远程水下自主潜航器的关键技术,希望对我国远程水下自主潜航器的发展起到一定的借鉴作用.

面向对象方法在水下自航器仿真中的应用

利用ＯＭＴ方法（ＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ）建立水下自航器系统的对象模型、动态模型和功能模型，并以此为基础开发了一套具有面向对象风格的原型仿真软件。文中提供了模型的基本框架结构，描述了原型仿真软件的开发环境和主要开发工具，并给出了它的一组仿真曲线。

水下自航器用锂/二氧化锰电池组的散热处理

大型锂/二氧化锰电池组作为水下自航器的动力电源,以中高倍率电流工作时,会产生大量的废热,若不及时将废热传递至外界环境(海水)时,将对电池组的安全性产生恶劣影响.文中分析了锂/二氧化锰电池的热源和电池组的传热过程,并测量了电池的热功率,通过模拟电池组的废热功率探索了散热处理方法对电池组温度的影响.在水下自航器用锂/二氧化锰电池组设计时,采用综合散热处理方法能够合理控制电池组的温度,且有一定的温度冗余量.

水下自主潜航器集群协同围捕技术

水下自主潜航器(autonomous underwater vehicle,AUV)集群协作围捕技术是国际前沿的研究热点,研究了AUV集群水下协同围捕技术的应用,并归纳总结了5种典型的围捕场景;提出了一个全面的AUV集群协同围捕任务的系统框架,并基于该框架详细归纳分析了AUV围捕技术的研究进展,指出了一些有前景的研究方向.

多波束与水下无人潜航器联合检测技术在水工建筑物中的应用

介绍了多波束测深系统和水下无人潜航器的工作原理、作业方法,提出联合检测技术思路,通过在某水电站消能塘水下检测的工作实践,证明使用多波束与水下无人潜航器在水工建筑物联合检测中可以得到令人满意的检测结果。

自主式水下潜航器的多声呐测高策略分析

海底地形复杂多变,海底地形的匹配跟踪常采用自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)进行。为此,研究对比单声呐误差更小的三声呐地形跟踪策略,通过分析近海底地形的特性,采用彼此间相隔一定角度的三声呐地形感知系统,并对三个单波束声呐所测量的数据进行对比分析。由于AUV采用的是四桨无舵运动模型,研究姿态传感器所对应的姿态角俯仰角、航向角变化规律,结合地形特性,设计AUV航行高度指令的近海底地形跟踪策略。在Matlab/Simulink软件中对搭建的仿真模型进行仿真验证,对比单声呐和三声呐策略的优缺点,并在所得较合理的三声呐安装角度下,通过三声呐建模得出三种海底地形,通过地形建模得出仿真所需要的3种地形波形。