一种高精度水下目标回波模拟技术的研究

为了模拟水下运动目标的声呐回波，研究丁一种高精度、多功能的水下目标回波模拟技术。系统采用工控机对信号处理硬件进行控制，工作方式为回波转发及回波触发，同时具有自检功能，可对水下目标回波的目标强度、多普勒效应和脉冲展宽等参数进行精确模拟，并且能够实时完成对输入、输出脉冲信号参数的精确测量和记录。该系统经过水池调试、水库试验及海上试验，证实其波形参数精度高、动态范围大、抗干扰能力强、对弱信号具有很好的检测能力以及较高的测量精度。     

一种高精度通用水声接收机的设计与研究

为了接收水下目标反射回波，研究并设计了一种高精度，大动态范围的通用水声接收机，系统采用一套硬件电路实现了恒Q值的多个回波频率的接收，并采用混响增益控制代替传统的时间增益控制，实现了对水下信号的大动态范围压缩和海洋噪声背景的归一化处理，海上试验证明，系统具有精度高，适应性强，动态范围大，电路性能稳定，经济实用等特点。介绍了该系统的工作原理，硬件结构及系统性能等。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

水下照明与摄像系统设计

介绍了用于水下工程的水下照明与摄像系统的组成及工作原理,并对其中的关键设备和结构进行了论述。该系统能够不间断地观察水下物体的运动和动作,获得高清晰的视频图像,在水下工程中具有广阔的应用前景。     

铁路客车智能报站系统

介绍了一种由下位机、上层PC机、配套软件和数据库组成的智能报站系统的软、硬件设计。该系统能自动检测外界气温，准确识别所到站点，并能提供乘客需要的交通和旅游信息，方便了旅客，减轻了乘务员的工作负担。     

MEMS水听器信号FPGA自适应滤波处理

为提高MEMS水听器自主定向能力，需要硬件处理水声信号。由于水下环境系统复杂，水听器工作中经常受到各种噪声的强烈干扰，对目标定位的准确性产生极大影响。为获得优质水声数据以提高目标定位精度，基于自适应滤波原理，以FPGA为核心对水听器接收到的信号进行自适应滤波处理，将LMS自适应算法集成到硬件电路中，对接收到的原始信号进行滤波后保存至SD卡，采集完成后通过USB接口将数据传输至上位机。经验证该系统在水下工作稳定，可以对原始水声信号进行自适应滤波处理和存储，获得稳定目标信号，对后续MEMS水听器的离线目标定位有重要作用。     

用于水下运动目标测量系统的机电伺服系统

介绍了一个用于水下运动目标轨迹测量系统的机电伺服系统。该系统由两部分构成:机械装置与控制单元。该伺服系统使测量系统能够在水平平面或垂直平面上转动,从而扩大测量系统的工作角度范围。测量系统转动的角度被传感器实时采集,并送至LCD中显示和传送至数据采集子系统,以进行轨迹计算。     

一种水下机器人系统设计

水下机器人在水域勘测和军事侦查等领域正在发挥越来越重要的角色。针对现阶段水下机器人价格昂贵,设计复杂的特点,设计了一种结构简单的水下机器人,主要由四个无刷电机推进器和密封舱组成。围绕水下机器人系统结构,阐述了机器人的硬件结构与密封方式、卡尔曼滤波在GPS与捷联惯性导航组合导航的应用、控制简化与分解方法与上位机系统的编写和实现。最后,使用该机器人系统在水池中进行运动控制实验。实验结果表明:水下机器人在航行过程中密封可靠,运动平稳,能够满足水下机器人的运动控制要求。     

管道连接件安装机器人液压系统管路精简设计

水下大口径管道沟槽式连接件安装作业机器人是有缆机器人,缆索中包含有液压管路和通讯线路。为了减小缆索对水下作业主体运动的影响,将电磁阀由控制柜移到水下作业主体上,使用水声通讯代替部分电缆通讯,并改进了相应的控制软件和硬件系统。该方法可以有效精简液压系统管路,减小缆索直径,降低缆索对水下作业主体运动的影响,同时也降低了母船上绞车的复杂程度。     

基于均值漂移算法的水下视频目标跟踪

鉴于水下的特殊环境,本文利用均值漂移算法对水下视频中的运动目标进行跟踪.首先对水下视频目标对象和候选目标对象分别建立RGB颜色分布加权直方图模型,将这两个模型进行匹配,匹配度用Bhattacharrya系数来表示,搜索出与目标最匹配的候选目标并且更新目标模型,依此类推,从而在视频序列中实现目标跟踪.仿真实验证明,基于均值漂移算法的目标跟踪能够克服水下视频环境中干扰运动目标跟踪的因素:水波、倒影、气泡、游泳池浮标的遮挡等,进一步与基于Kalman滤波器的水下目标跟踪相比(对比),目标跟踪结果表明本文所用的算法能够对水下这种复杂背景的运动目标进行稳定实时的跟踪.     

低速域水下遥控机器人水动力试验系统设计

为测量低速域水下遥控机器人水动力系数，设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离，以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求，设计了包括由卷扬机和直线导轨驱动的拖曳试验台以及由伺服电机与旋转减速器驱动的旋转试验台的试验系统。     

水下可移动多弹气动发射系统设计与仿真分析

针对水下可移动多弹气动发射的研究需求,对水下可移动多弹气动发射系统进行了整体设计,重点研究了弹丸的气动发射技术,建立了水下可移动多弹气动发射结构模型。通过对发射单元的有限元分析,发现发射筒与分割气室上下接触面的应变和变形量最大,但最大应变和变形量数值较小,3个发射筒往中心微偏,对发射过程没有影响。最后进行了试验研究,通过分析图片中弹丸的移动距离,绘制了水下弹丸发射的位移-时间曲线和速度-时间曲线,验证了多弹发射系统设计的可行性及可靠性,对水下发射过程中的空化现象、多弹干扰技术、水下弹道控制以及流场显示等方面的研究有重要的意义。     

距离法运动目标激光跟踪测量系统的研究

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量是计量测试领域的前沿课题。该测量系统集激光干涉测距、光电检测、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体 ,对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。采用多个激光干涉仪进行冗余设计 ,仅通过测量距离的变化量而不需要测量角度量 ,就可以通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中论述了纯距离法跟踪测量的数学模型、系统的光路设计以及基于 PID控制方法的跟踪控制系统 ,并完成了平面内运动物体的跟踪及测量可行性实验     

全局参数估计的水下目标偏振复原方法

水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素。针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响。在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图。实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EME平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善。该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别。     

Study on offset measurement of underwater high-speed moving body based on single induction coil

In this paper, a new offset measurement method for underwater rod-shaped high-speed moving body has been presented. Based on the principle of electromagnetic induction, the offset test reference model of the underwater detection sensor was developed to analyze the influence of offset on the induced electromotive force of the underwater inductive sensor. Moreover, simulations by MATLAB was carried out to analyze the influence of offset on the induced electromotive force of the measurement system while underwater high-speed moving body passing through the induction coil in different direction. Two important factors correlated closely with the offset were obtained, which are the amplitude and the width between the adjacent peak and peak-valley of the induced electromotive force caused by the high-speed moving body through the induction coil. And most importantly, an offset measurement experiment of underwater high-speed moving body based on single induction coil was conducted to validate the simulation results obtained above. By comparing the experiment results with the simulation data, the new offset measurement method put forward in this work was proved to be feasible.     

浅海起伏式拖体控制系统的研制

针对浅海起伏式拖体实时数据通讯和复杂运动控制的问题,提出了一种由甲板计算机和水下控制器构成的控制系统。水下控制器采用微处理器MCF5213为核心,通过驱动步进电机来调节前翼角度以实现拖体起伏运动;利用接口芯片SP490实现对集成传感器的数据访问;利用接口芯片SP485完成和甲板计算机的实时通讯。在甲板计算机上,采用Delphi,并结合MapX开发了可视化浅海水文测试数据导航软件。实际应用结果表明,该系统能够较好地满足起伏式拖体的工作要求。     

水下拖曳升沉补偿系统设计及其内模鲁棒控制

为补偿拖船升沉运动对拖体深度的影响并提高深度补偿精度,设计基于进油节流、回油节流切换控制的水下拖曳升沉补偿电液控制系统。提出具有外层升沉补偿控制子系统和内层位置伺服控制子系统双层结构的升沉补偿控制系统总体设计方案,其中外层子系统采集拖体深度,升沉补偿控制器输出拖缆绞车运动目标角位移,内层子系统在时变拖缆张力力矩干扰下实现对目标角位移的快速、无静差跟踪。针对内层控制子系统的被控对象——电液控制系统存在建模误差和参数摄动并承受时变拖缆张力力矩干扰的特点,应用内模控制策略完成了内层内模鲁棒控制器的设计。仿真和试验研究表明,内层位置伺服控制子系统抗干扰能力强,对系统建模精度要求低,参数整定方便,具有良好的动态性能。     

基于鱼类体线感知机理的水下机器人水流场识别研究

无人水下航行器(Unmanned undersea vehicle,UUV)是水下作业探测中一种应用广泛的工具,它能否很好地适应水下环境对其远距离正常工作有着重要影响。与水下鱼类对比,机器人与水下环境间的交互能力相去较远,其中尤以水下机器人对海洋环境的水流特征识别最为重要。传统UUV在水下的控制运行必须消耗大量能量维持状态与运行,这种被动应对环境的方式具有很大的不足,也对无线遥控水下机器人的生存造成障碍。因此,水下机器人能否正确感知水流是其能否进一步探索利用海洋的重要因素。研究发现,鱼类的侧线系统可感知水流,并辅助运动规划。研究鱼类侧线感知水流的机理,针对鱼雷型UUV的不同水流环境,使用计算流体动力学方法提取本体压力数据,选择线性判别分析与支持向量机技术训练并建立水流感知分类模型,从功能角度仿生侧线感应水流能力。模型测试表明,不同的水流工况下UUV识别到不同模式,可进行本体周围水况区分度辨识,为水下机器人识别水流环境与利用海洋提供一种新的视度。     

水下成像镜头的光学设计

水下光学成像技术,如水下摄影、水下电视、水下激光距离选通成像系统等,是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收等特殊的光学特性,以及使用环境的特殊性,使水下光学成像系统的设计和研制较陆上光学系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键,及设计与使用水下光学成像系统时需注意的问题,最后给出了水下电视光学成像系统设计研制的实例。     

一种高性能云台控制系统设计

针对对高速运动目标的监控要求,提出了一种采用直流力矩电动机作为执行元件的云台控制系统设计方案。系统在结构上消除了减速装置,简化了结构,减小了误差以及消除了由此可能带来的自激振荡。整个系统设计采用位置、转速、电流三环结构,构成一个位置随动控制系统。电流调节器和转速调节器采用PI调节器,位置调节器采用比例调节器。给出了各个环节的数学建模方法,并按照工程设计方法进行了各环节的详细设计,确定了各调节器的参数。在MATLAB环境下对所设计系统进行了建模和仿真,在0.01°和180°的阶跃给定下,系统超调量和稳态误差均为0;在幅值为1°,频率为1 Hz正弦信号输入下,系统输出能够完全跟随输入。结果表明系统具有高的定位精度和较好的跟随性能,能够满足设计要求。