UUV在线路径规划技术现状及发展趋势

UUV在线路径规划技术是UUV研究领域中的一个重要部分。首先综述国内外UUV路径规划的发展现状,然后分别从传统规划法、智能规划法和几何规划法等不同计算方法的角度,综述了UUV实时路径规划技术的研究现状和特点,指出了各种方法的优点和不足。针对这些方法的不足,采用流函数法为UUV在复杂海洋环境下进行实时的航路规划。最后,展望了UUV路径规划技术的发展趋势。     

基于双目视觉的UUV避障半实物仿真系统

由于无人水下航行器（UUV）避障研究的实物海洋试验成本高且风险较大,故针对在试验室进行UUV自主避障规划的需求,利用双目视觉展开了UUV避障半实物仿真试验系统的设计研究,包括多自由度运动台架模拟UUV的运动,双目摄像机代替前视声纳作为避障传感器。阐述了实物双目视觉子系统的关键技术和UUV模型子系统的软件实现方法,以及系统的体系结构、数据交换方法,并进行了基于规则的避障仿真联调试验,结果表明,该系统结构简单,试验实施便利,可作为演示、验证和评估避障路径规划正确性和有效性的实用手段。     

潜艇与智能无人水下航行器协同系统控制体系及决策研究

无人作战是未来战争发展的必然趋势,然而,当下无人水下航行器（UUV）的智能水平有限,造成UUV编队在水下网络中心战（UWNCW）中的应用具有局限性。针对以上问题,将人的智能引入智能UUV编队,形成一种潜艇与智能UUV结合的协同系统,分析了系统的优点及复杂性,并对系统的控制体系结构及决策问题等关键技术进行了研究。对系统在突发威胁情况下的航迹规划过程进行了仿真,仿真结果表明潜艇与智能UUV协同系统能够有效地实现避障并能躲避突发威胁,提升了整个系统的应急能力。     

一种基于强化学习的指挥智能体控制方法

针对无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)如何进行任务分配、航路规划、指挥控制问题, 提出一种新的控制实现方法。搭建UUV 指挥智能体训练平台,设计学习训练所需的想定,进行状态设计、数据适配、 决策解析和规则库建立,选定近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)强化学习算法进行训练,并进行应用 验证。结果表明：指挥智能体能有效对UUV 进行任务分配、航路规划、指挥控制;通过不断优化算法,可提高战胜 基于规则的传统控制方法的胜率。     

拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响

为了验证回转体无人水下航行器(UUV)采用拖曳式导航浮标进行卫星辅助导航的可行性,研究了拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响。根据达朗伯原理建立了拖曳系统运动数学模型,根据动量和动量矩方程建立了回转体UUV六自由度运动数学模型,并对拖曳式导航浮标对回转体UUV操纵性的影响进行了仿真。仿真结果显示:导航浮标对回转体UUV的操纵性造成一定的影响,但回转体UUV仍可以稳定的运动;导航浮标对回转体UUV的运动参数都有一定的影响,回转体UUV的运动曲线、俯仰角、速度、角速度、攻角等参数都有一定的振荡变化,一定时间后趋于稳定;回转体UUV拖曳导航浮标运动期间,由于拖曳导航浮标系统对回转体UUV尾部有一定的作用力,造成回转体UUV的轴向速度有较大的减小。研究表明,回转体UUV采用拖曳式导航浮标进行卫星辅助导航是可行的。     

美国海军UUV的任务与能力需求

美国海军近来发布了新版本的UUV主计划,这引起了各国海军的广泛关注。这里介绍了这一计划的要点,主要涉及美国海军战略需求,UUV的级别、任务及其优先级以及UUV的能力需求,介绍了UUV的9项主要任务,并从“21世纪海上力量”的新战略需求出发,对UUV的需求背景进行了分析。     

长波通信在无人水下航行器上的应用

针对目前无人水下航行器(UUV)通信时容易暴露自身目标的问题,提出了采用长波通信技术作为UUV的辅助通信手段。分析了将长波通信技术应用于UUV时的通信方式,研究了适合安装在UUV上的长波接收天线。     

水下驻留无人水下航行器驻留过程建模与仿真

针对水下驻留无人水下航行器（UUV）的运动特点,建立了大攻角下UUV运动仿真的六自由度数学模型,提出了一种驻留UUV辅助推进器的控制方法,并对UUV驻留过程中的下潜运动进行了仿真研究。具体分析了UUV下潜驻留运动中攻角、侧滑角、速度、俯仰角等参数的变化规律。仿真结果表明：航行器的轴向速度在阻力作用下逐步减小,趋近于0;在辅助推进器的作用下,UUV下潜速度被限定在安全范围内,导致UUV攻角逐步增大,直至接近90°;在前后2个辅助推进器的作用下,航行器的信仰角始终被控制在合理范围内,从而确保UUV具有良好的着陆姿态。     

基于UUV的猎雷声呐的发展

在简述反水雷UUV发展的历史渊源基础上,着重论述了各种基于UUV使用声呐的发展状况、主要型号、参数、开发商及装备情况,指出了在UUV上使用声呐的应用特点及未来发展趋势,对UUV及声呐研究人员会有一定帮助。     

基于CPG神经网络的扑翼型UUV运动控制方法

中枢模式发生器（CPG）是一种普遍存在于脊椎动物中,用来自激产生节律运动的低级神经中枢。传统的基于模型的机器人控制方法存在建模复杂、解不唯一、单周期规划等问题,特别是在需要多自由度协调控制的任务中,缺乏足够的实时性。由于CPG在协调多自由度运动方面的优越性,本文研究了扑翼对UUV运动的影响,并基于CPG模型给出一种运动控制方法。利用反馈信息产生节律信号控制UUV左右扑翼的运动模式;调整CPG模型参数、反馈输入与CPG输出之间的关系,设计了UUV直游和转弯的反馈控制律。仿真结果验证了该控制方法的有效性。     

UUV布放回收技术

阐述了UUV的布放回收工作对UUV自身安全及作业能力的重要性。介绍了几种典型的水面舰艇布放回收系统的演变趋势,概述了各种布放回收系统的动作原理、过程优缺点和使用要求,指出了UUV布放回收技术的发展方向,探讨了水面布放回收UUV的关键技术。介绍了潜艇布放回收AUV的3种方式以及优缺点分析;提出了集成化设计的思想以及UUV应设计标准制式或系列化的自动对接定位装置等观点。     

潜用UUV回收技术

回收是潜艇装备UUV急需解决的一大难题。研究了潜用UUV回收过程,并对比分析了现有UUV回收方法的优缺点。在充分利用现有发射装置,避免潜艇加装和改造设备的前提下,提出了一种利用拖缆导引装置,实现牵引回收的方法。该方法对现役潜艇装备UUV具有一定的实用价值。     

基于改进的复合自适应遗传算法的UUV水下回收路径规划

传统遗传算法的变异操作会简单随机产生新的路径,对算法进化性能有不利影响,使算法易陷入局部最优的陷阱;遗传算法常配合栅格法进行路径规划,所得的最优路径并非无人水下航行器(UUV)回收路径规划可获得的最短路径,并存在UUV机动性能可能与最优路径冲突的问题。为此,设计一种具有UUV机动性约束条件的改进遗传算法,提出环境复杂度的概念用于分析机动性约束的具体取值,使路径规划适配于UUV的机动性,使算法结果更具实用性;提出复合自适应变异策略,控制变异的个体在迭代过程中发生自适应的进化;当一定迭代数内种群进化停滞时,引导最优个体进行双阶段自适应变异,从而使最优路径趋近全局近似最优解,有效提高算法的收敛速度。基于MATLAB软件的算法对比仿真结果表明一般复杂水域和复杂水域环境下,改进的复合自适应遗传算法生成的最优路径相比于遗传算法和自适应遗传算法的最优路径更加平滑,路径长度更低,可见改进的复合自适应遗传算法在路径规划上收敛性能和寻优能力更优,更具有可行性和优越性。     

UUV水下对接过程中非定常流体动力数值仿真

UUV水下对接回收过程中,回收装置和UUV之间存在非定常流体干扰现象。采用有限体积法和非结构动网格技术,运用SIMPLEC算法及k-ε湍流模型,在笛卡尔坐标系下对UUV水下对接过程进行数值模拟,并得到不同速度和攻角下,UUV流体动力随距离的变化规律及相应流场分布。通过UUV与远场实验值进行对比分析,验证了基于动网格技术的有限体积法在处理UUV水下对接过程中流体干扰问题的可行性。     

基于有限元法的耐压壳体连接法兰方案优化

耐压壳体是UUV结构中最重要的组成部分之一,其结构强度是深海耐压和总体性能的重要保证,也关系到UUV自身的安全和任务的成功。采用有限元法对UUV迎流段前法兰进行了耐压强度分析,通过对不同加强方案的分析和比较,指导了某型UUV耐压壳体的改进设计。     

UUV海底停驻策略及其关键技术

无人水下航行器（UUV）的应用越来越广泛,但满足不了长期定点探测的要求。在介绍了现有海底停驻功能的UUV的一些研制情况、工作原理、关键结构和主要组成部分的情况下,提出了2种海底停驻策略的UUV——液压支撑式和锚链式UUV,并对这2种策略UUV的主要组成部分、工作原理和大体工作过程进行了简单的描述,最后结合这2种海底停驻策略探讨了海底停驻UUV的关键技术,旨在为相关研究人员提供参考。     

UUV靶场试验非同步水下被动声学跟踪算法

在无人水下航行器（UUV）正式投入使用前,需要一系列的海上考核与验收,传统的合作式目标水下测量方法不利于远距离目标航行轨迹的监测。该文提出了一种新的靶场UUV水下跟踪方法,利用全球定位系统（GPS）确定初位置,并利用UUV上的固定连续声学发射频率信息,采用伪线性Kalm an滤波进行UUV运动状态参量估计,对UUV进行了跟踪,给出了运动状态跟踪算法,并进行了仿真研究,研究结果表明,该方法可以很好地跟踪水下UUV的运动轨迹。     

“非核动力潜艇+UUV”作战系统的构成

提出了"非核动力潜艇+UUV(Unmanned Udersea Vehicle,无人水下航行器)"作战系统的组建,详细介绍了UUV的分类、执行任务对UUV体积和数量的要求、UUV级别与执行任务的对应关系,研究了"非核动力潜艇+UUV"作战系统的构成、执行任务类型和使用原则。系统可大大提高非核动力潜艇的战斗性能,拓展非核动力潜艇的使用范围,提高自身在与敌方核动力潜艇、非核动力潜艇、水面与空中力量对抗中的生存与获胜概率。     

UUV的非传统导航技术

UUV的导航精度要求是误差小于0.2%航程，传统的导航方式无法满足这一指标。本文介绍几种美国海军水下战中心正在开发的可用于UUV的非传统导航方式。     

海洋环境对UUV布雷作战影响分析

UUV布雷作战很大程度上受到海洋环境因素的影响。在分析UUV布雷作战样式、流程和技战术特点的基础上,从水深、潮汐、水流、风浪、海底地形底质以及温度、盐度、透明度等因素多方面探讨了海洋环境对UUV布雷作战影响;并提出相关行动方法,对UUV攻势布雷作战具有一定的借鉴和参考意义。