光学隐蔽深度测量系统的小型化设计

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390~667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示:在天气良好的条件下,水下航行器在520~560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。     

一种轴对称水下航行器模型摩擦阻力测试系统

为了研究轴对称回转体水下航行器模型所受到的壁面摩擦阻力，设计并实施了一套测试系统。该系统主要由一个回转半径为2．1m的旋臂及环形水池、六分量天平、扭矩传感器、PIV系统以及相关的数据采集系统组成，可以实现最大线速度为15m／s的试验工况。试验和分析结果表明，该系统在一定的速度范围内可以有效地测试航行器模型所受摩擦阻力，满足了设计要求。     

Unity3D无人航行器水下自主航行三维仿真

介绍了一种用于水下无人航行器研制和试验阶段内部软件系统联合调试的手段,通过Unity3D构建水下三维仿真海洋环境,建立无人航行器水下运动和动力学模型,并对航行器搭载的传感器和执行器进行数学建模,组建水下三维仿真系统。它与实际航行器软件系统通过与实物一致的接口相连,组成了一个数据传输环流系统,可进行航行器自主航行仿真测试。     

水下高光谱辐照度和辐亮度剖面测量仪

本文主要介绍了Profiler Ⅱ水下辐照度和辐亮度剖面测量仪的功能、技术指标、使用方法和几个重要参数的反演算法.根据该仪器测量获得的下行辐照度和上行辐亮度,我们可以计算海水的漫衰减系数、遥感反射率、离水辐亮度等多种海洋光学参数.利用该仪器作者于2005年6月在渤海海域进行光谱调查,取得了良好的测量结果.该仪器的使用对于海洋光学调查特别是水下调查具有极其重要的意义.     

不同柔性变形参数对仿鱼形水下航行器推进性能的影响分析

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对三维全鱼模型进行了数值模拟,建立了仿鱼形水下航行器的数值计算模型,研究了柔性变形系数下三维全鱼模型的推进性能以及流场结构结构特点,结果表明随着柔性系数的增加,阻力系数的幅值增大,从而为开发新型、高效的仿生推进系统提供设计依据和技术支撑.     

仿生水下航行器的设计分析

面对海洋探测等领域对水下航行器的迫切需求,本文对当前水下航行器的现状和分类进行了分析,在此基础上结合仿生学方法,以水下鲸目动物为模板,设计建立了仿生水下航行器三维模型,基于流体动力学仿真软件对航行器机身与关键结合部位的压强、流线分布等力学特性进行了分析研究,研究工作对水下航行器设计优化具有借鉴意义。     

无人水下航行器陆地模拟试验系统

为弥补海洋模拟试验数据采集困难、数据量大、环境复杂等不足,设计了无人水下航行器陆地模拟试验系统。这一试验系统由池体、水深模拟模块、障碍物模拟模块和检测系统组成。池体、水深模拟模块和障碍物模拟模块用于模拟试验对象的运行环境,通过可升降假底模拟水深变化,通过池底滑块和滑道模拟障碍物。检测系统包括测量单元、数据采集和处理单元、数据传输单元、控制单元和数据输出单元。这一试验系统通过测定俯仰角、偏航角及横滚角等参数,为无人水下航行器的设计和改进提供技术参考。     

浮游植物粒级结构的原位测量

浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定,比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型光谱仪、数据采集系统等组成。测量数据基于遗传算法来分析浮游植物粒级结构。海上初步试验结果表明,该仪器能够测定水下300 m之内的浮游植物粒级结构,实现1 m剖面分辨率的连续测量,尤其适用于分析50~80m深度叶绿素最大值层的浮游植物粒级结构变化,在未来海洋浮游植物粒级结构测定中有良好的应用前景。     

水下航行器推进系统机械噪声与辐射噪声相关性分析及方法研究

针对现代水下航行器的减振降噪设计,分析了某水下航行器主要辐射噪声故障频谱特性,介绍了水下航行器推进系统辐射噪声故障定位和诊断方法,通过针对性的减振降噪优化设计,经系统实航噪声测试表明,系统噪声显著降低,可供降噪设计借鉴。     

基于虚拟技术的水下航行器设计方法研究

基于虚拟技术的水下航行器设计是近几年来随着计算机虚拟现实技术、网络技术、复杂数据库技术的发展而兴起的一种水下航行器设计方法.分别就当前对此方法的需求、发展前沿分析、发展特点和发展关键技术等问题进行了论述,并设计了一种全新的水下航行器虚拟设计系统,为在水下航行器工程领域全面实现虚拟设计作了理论和技术上的探讨.     

基于距离选通技术的水下目标成像系统研究

针对水下目标成像的特殊环境,提出将距离选通技术应用于水下目标的成像,距离选通技术对于减小水体后向散射光、水中微粒散射光,提高目标图像信噪比以及增加水下探测深度,是一种有效的方法。详细介绍距离选通水下目标成像系统的基本结构,以及系统关键部件的技术要求。实验表明:距离选通技术有效地提高了水下目标的成像质量。选通时间是影响成像质量的主要因素,单脉冲激光能量和水体衰减系数是影响系统探测深度的主要因素。     

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。     

大视场主动光学成像系统的成像研究

从主动光学成像系统的照明模型出发,研究了大视场情况下目标和景物的成像性质,分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用,得出了光学成像系统像面照度的计算公式,并对其衬比传递特性和视场大小对成像的影响进行了详细的分析,得出了小视场近似的条件,其结果可用于主动光学成像系统的设计、图像分析和目标识别.     

基于无人艇载侧扫声呐的水下目标定位方法研究

水下目标高精度定位是无人艇开展海底测绘、航道清理、沉船打捞等任务的重要前提。 然而,现有的基线式定位方法无 法对未知水域内的目标进行精确定位。 实际任务中,无人艇往往需要搭载侧扫声呐并辅以其他手段来确定水下目标的准确位 置。 针对无人艇水下目标定位难题,首先对侧扫声呐水下目标定位过程进行建模,然后分析姿态误差对水下目标定位造成的影 响,利用姿态矫正矩阵消除姿态误差,最后利用离散卡尔曼滤波算法对多点测量数据进行最优估计,得到水下目标的精确位置。 仿真实验和无人艇集成实验结果表明,该定位方法能够有效的减小测量过程中的误差,平均定位精度达到 0. 334 m。     

HY1200系列声速剖面仪

HY1200系列声速剖面仪采用环鸣法测量声速，能快速地为测深仪、声纳、水下声标等提供实时声速剖面数据，可供其有效地校正测量误差，提高水深测量精度。文章阐述了其声速测量原理，介绍了声速仪的组成、功能与操作，并对试验和应用结果进行了分析，提出了使用注意事项。     

日盲紫外滤光片的带外截止深度测试

针对全日盲紫外滤光片,建立了以窄带光发射二极管（LED）作为基本光源的超大动态范围滤光片带外截止深度测试系统,并分析了系统的测试误差。该系统主要由LED光源,已知衰减系数的标准反射式中性衰减片以及光电倍增管组成。基于替代法,系统测试时将LED光源通过衰减片后的输出电流作为参考电流值替代光源的初始电流值,通过对比运算获得滤光片的带外截止深度。针对系统中的反射式衰减片,文中还提出一种组合衰减片方法,以保证光电倍增管始终工作在线性响应范围内,从而实现对滤光片的超大动态范围的截止深度测试。实验结果表明,在350~800 nm谱段内,该测试系统可测滤光片的带外截止深度延伸至11-OD,不确定度小于2%,相对重复性误差小于0.2%。该系统结构简单,测试谱段范围宽、可测动态范围大且精度高,可广泛用于滤光片的截止深度测试。     

大数值孔径物镜的波像差测量及其特殊问题

设计了基于振幅型棋盘光栅的二维剪切干涉仪,用于测量大数值孔径(NA)物镜的波像差。研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理,分析了大数值孔径物镜波像差测量时涉及的几个特殊问题。首先,根据棋盘光栅的远场衍射函数分析了棋盘光栅的衍射效率和衍射级分布,给出了剪切干涉图数据的处理方法。接着,根据球面光瞳坐标与平面探测器坐标的投影关系,分析了光瞳坐标畸变的影响;采用几何光线追迹方法,分析了光栅方程非线性对系统误差的影响。最后,推导了物镜光瞳边缘的相对照度与数值孔径的关系。试验结果表明:采用相同光瞳坐标,NA为0.6的显微物镜的波像差测量重复性(3σ)可达到3.7 mλ。对大数值孔径物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨,结果提示:测量大数值孔径物镜的波像差时,需要考虑光瞳坐标畸变、光栅方程引入的系统误差、光瞳边缘照度衰减的影响等。     

深水万向水平仪研制

深水海域水下设施的安装过程中,姿态调节是一个关键环节.为解决这一问题,研发一种应用于深水的万向水平仪.对水平仪的密封原理及深水耐压原理进行了分析;对螺纹联接强度进行了校核;通过力学仿真验证了水平仪可以耐受2000 m水深的压力,在20 MPa高压舱内进行了30 min水压测试.实验完成后,水平仪外观完好、无泄漏情况.实验表明,深水万向水平仪可以被应用于2000 m内的深海.