无人水下航行器的现状与发展趋势

无人水下航行器是当前海军装备发展的热点,其分为非自主式（ROV）和自主式（AUV）2类,本文分别介绍了ROV和AUV的分类与发展特点,比较了ROV与AUV的优势与劣势。     

多无人水下航行器协同导航定位研究进展

介绍了多无人水下航行器(UUV)协同导航定位的原理,进而详细综述了国内外多UUV协作系统及多UUV协同导航定位系统的研究进展,重点研究和分析了水声测距及通信一体化、协同导航定位算法、协同导航定位观测、水下UUV组网等关键技术的研究特点和发展趋势。研究表明,随着海洋研究的不断深入,多UUV协同导航定位系统的发展将会更注重减小体积质量、适应复杂海洋环境和能源限制方面的研究。     

水下航行器声隐蔽性的表征与技术进展

声隐蔽性是水下航行器的一项关键性能,现有多种表征方法。本文在探讨了现有的主要表征方法基础上推荐了一种通用表征方法,对收集到的俄、美两国具有代表性的水下航行器噪声级进行了分析。作者还简要介绍了近年来水下航行器总体声学设计技术方面的进展。     

水下无人航行器自主检测方法研究

自主检测技术是实现水下无人航行器(Underwater Unmanned Vehicle,UUV)智能化的关键技术,是无人航行器能够自主执行水下预警、目标跟踪等任务的前提。针对当前基于均值类和有序统计类恒虚惊(Constant False Alarm Rate,CFAR)技术的自主检测方法在背景起伏严重、多目标情况下,背景噪声统计特性估计不准确、自主检测性能下降的问题,文章提出了一种基于方位-时间二维参考窗联合有序截断平均算法的自主检测方法。首先,该方法设计了一种方位-时间二维参考窗,解决了一维参考窗检测参考样本过少、噪声统计量估计不准的问题;其次,采用有序截断平均算法估计背景噪声统计量,对起伏背景进行均衡;最后,利用背景噪声均值和方差构造恒虚警检测器,采用检测前跟踪技术,实现起伏背景下、多目标自动检测与跟踪。湖上试验结果表明,在水下无人航行器的自噪声干扰下,该方法对多目标依然具有较好的自主检测效果。     

水下航行器声振特性的统计能量法研究

针对有限元法和边界元法难以分析结构的中高频声振特性,采用统计能量分析方法,建立了带动力设备的水下水下航行器结构机械噪声预报模型.通过理论和试验相结合的方法确定水下航行器结构统计能量分析模型的基本参数,对水下航行器结构在宽频带范围内的水下振动和声辐射规律进行了分析与研究.     

基于边收边发技术的声隔离度研究

边收边发技术可提高声诱饵对智能鱼雷的对抗能力,增强信号适应性。实现此技术的关键在于要降低声诱饵自身发射系统对水声对抗器材接收端的影响,避免器材自身发射系统发射的信号被接收机接收,因此有必要针对边收边发技术进行水声器材声隔离度获得方法的研究。研究利用发射和接收换能器的指向性和自适应噪声抵消技术可为器材带来的隔离度,并给出了仿真结果与水池试验结果。结果表明：利用发射、接收换能器指向性可获得30dB左右的隔离度,利用自适应抵消技术可获得15dB左右的隔离度,以满足边收边发的指标要求。     

对转涡轮用于水下航行器的初步研究

阐述了对转涡轮在航空航天领域的发展现状，总结出对转涡轮的优点和应用前景，提出了一种可用作水下航行器动力主机的涡轮机类型．分析了水下航行器涡轮机与航空航天涡轮机的差别，论证了对转涡轮使用在水下航行器上的可行性，建立了水下航行器对转涡轮机的设计框架．     

水下航行器声学故障检测中距离有效性的评价

引入J-偏差作为有向偏差的改进,并提出了一种新的距离有效性评价指标-归一化关键点高度(NKH).利用仿真数据和舱段试验数据,以线谱频率改变等4种类型的常见声学故障为研究对象,针对欧氏距离等5种距离定义,系统地开展声学故障检测有效性的评价研究.结果表明,J-偏差的检测效果要优于常用的欧式距离和Hausdorff距离.     

Al／H2O2作为无人水下航行器动力电池的研究

概述了Al／H2O2半燃料电池的原理及在水下无人航行器动力电源中的运用，系统分析了国内外在电极材料(包括阳极和阴极材料)、电解液和电解液补充优化系统几个方面的发展，提出了国内在这方面研究的重点技术和可能的解决途径。     

一种新型声隔离系统

水声换能器的收／发声隔离度决定了很多水声设备的性能优劣。介绍了一种新型声学隔离系统,该系统改变了声障板的设计思路,使换能器的收／发声串漏得到明显降低。通过偶极子原理,提出了一种提高收／发声学隔离度的方案。利用有限元仿真手段,计算并验证了该种方案的有效性。参照仿真模型,制作了一套声隔离系统样机,在1个倍频程的频带内,该系统的收／发声隔离度大于40dB。该声隔离系统提高了现有水下声目标模拟设备的性能。     

水声通信与水声网络的发展与应用

水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一,其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征,使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求,面临极大的技术挑战。介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状,分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,包括调制、解调技术和信号检测技术;介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。最后简要介绍美国Teledyne Benthos公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。     

TRIZ理论在同时基水声测距接收系统性能改进中的应用

TRIZ被称为发明问题解决理论,能帮助研发人员解决困难,打破思维定势,排除产品或技术创新中的障碍,得到实际问题的全新解决方案。将TRIZ理论中的根原因分析法、冲突解决理论、技术进化、物场模型分析与标准解、功能分析与裁剪等多种解决办法引入到同时基水声测距接收系统性能改进中来,得到了10个解决方案,并确定了最终解。将最终解应用于新系统,接收系统的性能预期可望得到很大的改善,系统性的复杂程度将显著降低,可靠性与可维护性则能明显提高。也希望TRIZ理论可以在更多的技术领域得到应用,解决实际问题。     

New concepts and their applications in underwater acoustic warfare simulation system

An underwater acoustic warfare simulation system (UAWSS) with a structure of high level architecture (HLA) is studied based upon a previous research project. With the experience and lessons learned, some new concepts are adopted in the implementation of UAWSS according to the essence of simulation and the objective of the system, among which are simulation synthetic environment, signal processing at other simulation nodes, decomposition of underwater sound channel, channel varying law and rules on system and parts evaluation, etc. Applications of these new ideas show that they are effective.     

带内全双工水声通信残余自干扰实时抵消技术研究

带内全双工水声通信(In-Band Full Duplex Underwater Acoustic Communication,IBFD-UWAC)因其频谱利用率可达传统半双工模式的两倍,已成为水声通信领域的研究热点之一。由于本地发射强功率自干扰信号会导致通信系统误码率性能无法达到正常需求,因此自干扰抵消(Self-interference Cancellation,SIC)技术成为IBFD-UWAC中的核心问题。针对经过模拟SIC或空间自干扰抑制后的残余干扰信号问题,文章利用硬件在环(Hardware In-Loop,HIL)仿真,基于Simulink^® Desktop Real-time平台,实现了实时SIC,并利用瞬时状态误差判断期望信号到达情况,提出一种基于期望信号到达阈值的改进Sigmoid函数可变步长最小均方(Improved Sigmoid function based Variable Step Size,LMS,ISVS-LMS)算法,该算法大大降低了期望信号对SIC过程带来的影响。分析、仿真及实验表明：该方法可实现实时带内全双工水声通信的自干扰抵消,且算法的收敛速度以及稳态效果均有显著提升。     

基于DSK6455的OFDM水声通信算法设计与实现

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术由于其具有频谱利用率高、抗多径和抗脉冲噪声能力强、在高效带宽利用率情况下的高速传输能力以及实现方法简单的特点,成为了近年来水声通信中的研究重点和热点之一.基于OFDM技术,在SDI公司的TMS320C6455DSK(DSP Starter Kit)板卡上实现了实时水声通信,试验结果表明,在4.3km的水平通信距离上,采用QPSK调制,1/2卷积码编码,通信带宽为4kHz,通信速率达到了1873 bps,误码率小于10^-4.为实现OFDM技术的水声组网通信,水声语音、图像传输奠定了基础.     

MIMO水声通信中的空时分组扩展编码方案探讨

采用多输入多输出（MIMO）结构和空时编码可以使水声通信系统获得分集增益,改善系统性能。针对水声信道中的频率选择性衰落,研究了一种用于MIMO水声通信系统的空时分组扩展编码方案（STBSC）,利用正交扩频编码克服了水声信道中多径干扰对空时分组编码（STBC）信号正交性的破坏。给出了方案的系统模型和实现框图,采用MIMO水声模型对方案的性能进行了仿真。仿真结果表明,STBSC方案在多径水声信道中可以得到完全发射分集。最后介绍了方案的水库试验,试验结果表明了方案的有效性。     

某小型潜航器的声散射特性研究

运用目标回声强度预报的板块元方法,研究某小型潜航器的水下回声特性.计算并分析了入射波频率和方位对其声散射特性的影响规律;利用板块元法得到的散射特性,根据频域间接法仿真出水下声成像结果;完成外场试验,将试验结果与计算结果进行对比,吻合较好.研究表明潜航器中的桅杆结构对其散射有较明显影响.