水下潜器垂直运动的突变特性及稳定性分析

水下潜器在垂直面内以高速大舵角作强机动时线性理论不再成立,该文运用非线性动力学理论和突变理论,通过对水下潜器垂直面非线性方程的研究,讨论了水下潜器在垂直面内以高速大舵角作强机动时的非线性动态稳定性,建立了水下潜器垂直面运动的突变模型,并得到水平面运动的临界点集,具体描述了其突变特性,它可以帮助人们直观地了解水下潜器垂直面非线性运动的稳定性,为水下潜器控制系统的设计提供必要的理论依据．     

自主水下潜器全局规划及其仿真方法研究

应用遗传算法设计出二维/三维全局规划器,用于解决自主水下潜器在大范围海洋环境中自主全局路径规划的问题.规划空间采用栅格法离散建模,染色体采用十进制可变长编码方式,基于领域知识设计了初始种群生成算法和五种遗传算子;基于三维建模软件与视景技术建立了半实物虚拟仿真系统,通过设计不同的使命案例对全局规划算法进行了仿真验证.结果表明:该规划算法具有路径描述简单清晰、算法收敛速度快、求解效率高的特点,满足了使命规划的安全性和可行性要求.     

声纳技术在海底地形辅助导航中的应用

精确导航是潜艇和其它水下航行器长距离水下安全航行的基本保障。目前，潜艇常用的船位推测法、惯性导航系统都存在定位误差随时间积累的特性。因此，必须定期地用外部信息对其进行校准。提出采用多波束声纳实时获取海底地形再与海底地形数据库的地形数据进行相关匹配，并通过小波快速迭代求精匹配算法，得到当前潜艇位置信息，将其作为参考点对惯性导航系统误差进行修正。实验结果显示，海底地形辅助导航匹配速度快，使导航精度明显提高。     

基于UKF的海底集矿车组合导航研究

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在海底集矿车组合导航系统应用时存在着计算复杂、线性化误差大等问题,基于附加打滑参数的履带车运动学模型,将无色卡尔曼滤波(UKF)用于集矿车长基线声学导航(LBL)与推算导航(DR)的组合导航系统中.考虑到测量数据时延,组合导航系统融合LBL与DR信息,得到海底集矿车位置估计.研究结果表明:采用EKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.14,0.32,0.48m,北向定位精度为0.13,0.28,0.44m;采用UKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.10,0.26,0.37m,北向定位精度为0.09,0.24,0.34m.测量数据时延越短,EKF,UKF的位置估计效果都会越好.但与EKF方法相比,UKF方法能够明显减少组合导航系统的线性化误差,提高海底集矿车导航系统的精度与稳定性.     

地球/恒星敏感器共焦面自主导航方法与系统设计

为满足空间变轨飞行器由低轨到高轨飞行过程中的自主导航的需求,采用地球/恒星敏感器共焦面复合自主导航方法,建立了基于地球临边探测和恒星观测的自主导航模型,阐述了地球临边图像处理过程和地心矢量求解方法,介绍了结合地心矢量方向信息和由星敏感器获取的姿态信息,计算飞行器位置的方法,对比并选择了地球临边的探测波段,完成了地球/恒星复合探测光学系统方案设计,开展了精度仿真分析,结果表明,地球/恒星敏感器复合自主导航定位精度优于4 km,满足4000～36000 km轨道高度的应用需求,验证了地球/恒星敏感器复合自主导航方法在不同轨高飞行器上应用的可行性.     

一种新的SINS/星敏感器组合导航姿态匹配算法

对SINS/星敏感器组合导航算法进行了研究。基于量测失准角的概念,提出了一种新的SINS/星敏感器组合导航姿态匹配算法,分析了SINS和星敏感器的输出,详细推导了组合导航系统量测的构造过程。与传统姿态匹配方法相比,该算法计算量小且噪声信号的物理意义更加明确。通过仿真验证,结果表明该算法是有效的,既能使姿态误差得到显著收敛,又能准确估计陀螺常值漂移和星敏感器安装误差。     

一种基于UKF的AUV移动声学网络协同导航方法

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在自主水下航行器(AUV)移动声学网络协同导航中,存在强非线性观测方程条件下线性化误差大、计算复杂等缺点,文章提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的AUV移动声学网络协同导航方法.利用移动长基线原理和UKF方法,建立基于UKF的协同导航滤波算法,并通过仿真实验与传统的EKF协同导航算法进行对比.仿真结果表明,基于UKF的协同导航算法能明显减小导航定位误差,在导航精度上优于EKF方法,是AUV协同导航中一种更加简单有效的导航滤波方法.     

三相六极开放式水阻器的水面电位分布

水电站中新机运行时,三相六极开放式水阻器常用作电气负载。为了防止事故发生,确定水面安全区域,必须计算水面的电位分布;文献[1,2]分别叙明用子面元近似数值法分析和计算三相三极水阻器中的电流场。首先,本文在此基础上推出三相六极水阻器水面电位的计算公式,通过模拟试验装置,电位计算结果与测试结果相当吻合,说明计算方法正确,实际可行;其次,将所编程序用于三相六极开放式水阻器实例,求出水面电位分布曲线,供工程人员参考。     

基于模糊神经网络的水下潜器多变量解耦控制研究

潜器在水下进行特殊作业时，需保持空间六自由度的定位姿态，对定位的控制存在叉影响，因而给潜器的精确控制带来困难。针对这一控制非线性系统，提出了一种基于模糊神经网络(DFN)控制方法，该方法对非线性多变量动态系统具有较强的处理能力；它将多输入多输出的复杂系统转变成神经网络设计和耦合补偿结构，预估补偿器方法是通过预定试验的离线学习，获得耦合的预估知识，然后在线完成补偿，仿真结果显示该方法具有很好的鲁棒性。     

无人水下航行器SINS/DVL组合导航方法研究

给出了应用于无人水下航行器远程航行的基于SINS/DVL的组合导航方法。利用Kalman滤波算法融合DVL测量的绝对速度估计SINS的导航参数误差,并进行校正。仿真结果说明这种方法能够有效提高导航系统精度,从仿真曲线还得到了闭合航路能够大幅度消除导航误差的结论。     

应用PSO和SVM的水下航行器黑箱建模

随着新型水下航行器不断涌现,现有水下航行器数学模型已难以与实际模型吻合.为更好了解新型水下航行器实际模型以及预测新型水下航行器运动,提出应用粒子群(particle swarm optimization,PSO)参数寻优和支持向量机(support vector machine,SVM)的水下航行器黑箱建模方法.首先根据水下航行器的运动状态信息和推进器力,应用支持向量机构造出之间的非线性映射关系,然后通过粒子群智能优化算法获得支持向量机的最佳参数组合,进而实现水下航行器的黑箱建模,最后根据推进器力是否时变,分别以新型四旋翼水下航行器的两种空间运动进行实验验证,并以均方根误差作为空间运动预测结果的评价标准.试验结果表明,基于粒子群参数寻优和支持向量机所构建的水下航行器黑箱模型对空间运动预测具有较小的均方根误差,空间运动预测结果与实际运动基本一致,所建黑箱模型与实际模型基本吻合,能有效预测水下航行器运动状态.     

基于模糊神经网络的自主车导向控制器

为了实现自主车跟踪固定路径的精确控制,建立了自主车路径偏差控制系统的数学模型。设计了基于神经网络的自主车导向控制器,建立了模糊神经网络控制器的结构,并由实验数据产生训练样本。该控制器通过精确控制两个驱动轮的差动转速实现路径跟踪。实验结果表明采用模糊神经网络的导向控制器能够稳定地实现跟踪导向路径的控制功能。     

Fuzzy deduction methods of selecting the underwater terrain navigation matching area

To overcome the problems of not describing terrain matching characteristics totally with a single terrain feature parameter in underwater navigation terrain database, an evaluation method named Vague set is proposed to describe the terrain suitability comprehensively based on the fuzzy decision making (FDM) method. The membership functions and non-membership functions of the Vague set are used to define the influence of the terrain map characteristics parameters on matching suitability, and comprehensive evaluation values of matching areas are obtained by the weighted score function method. Simulation results demonstrate that the terrain map suitability is positively proportional to the comprehensive evaluation value, while the matching position error is negatively proportional to the comprehensive evaluation value of the matching area. The Vague set can choose the optimal matching areaeffectively, and solve the problem that the single topographic map featurecannot evaluate suitability comprehensively.     

水声阵列信号处理对角减载技术

针对独立高斯白噪声背景和多个平面波干扰,尤其是低输入信噪比的情况,提出一种基于阵列信号协方差矩阵对角减载的波束形成技术。通过足够多次快拍的估计,得到接收信号稳定的协方差矩阵,对协方差矩阵进行适量的对角减载能提高阵列输出增益以及多目标的分辨能力。对基于对角减载的常规波束形成和最小方差无畸变波束形成器的阵列增益进行了仿真,分析了阵列增益随减载系数的变化关系,并研究了多目标分辨时对角减载系数的取值区间,最后仿真验证了对角减载技术提高MVDR多目标分辨能力的有效性。     

用于水声通信系统的迭代接收算法

提出一种基于频域最小均方误差(MMSE)均衡器、信道估计器和卷积码译码器,运用Turbo迭代原理构建用于单载波水声点对点通信的迭代接收算法.该迭代接收算法,引入频域均衡处理来降低多通道均衡处理复杂性,利用译码器提供的软信息来改善均衡器和信道估计器自身的性能,从而使用较少的接收阵元实现高速、可靠的数据传输.基于实测的声速抛面曲线(SSP)和有限元声线跟踪(Bellhop)方法模拟的水声信道脉冲响应用于算法性能的验证.仿真结果表明,使用上述体制的水声通信系统,利用译码器提供的增益来提高系统性能的同时,接收阵元的数量进一步减少,满足构建水下通信网节点的要求.     

基于矢量传感器的高速水声通信技术研究

矢量传感器较传统声压水听器有诸多优势，但将其应用于水声通信领域在国内外却未见有公开的文献报道、由此研究了声压和振速的联合处理获得指向性增益的方法，理论上证明在均匀加权的情况下，指向性增益为4.8dB、研究了最优权的选取方法，在最优权条件下，指向性增益为6dB、将该处理方法应用于相位调制的高速水声通信中，并结合自适应均衡算法进行相干解调和解码．建立了一套以矢量传感器为接收器的相位调制通信系统，在松花湖进行了试验研究，试验结果表明，该方法可有效地降低通信误码率，提高通信系统的作用距离．     

车辆组合导航监控系统原理与应用

GPS/DR组合导航定位技术能对定位导航精度要求较高的各类车辆进行实时准确跟踪、监控和指挥调度.分析了该系统的基本工作原理和相应的数学算法.车载终端使用四参数模型将WGS-84坐标转换成当地坐标,同时结合航位推算技术实现组合定位导航.系统在现有基础上改进监控中心平台功能,实现整体功能配置更加合理.最后结合银行运钞车对该系统应用加以说明,并进行可行性分析,给出系统所能达到的精度要求.结论表明系统能满足现阶段银行业对安全性、可靠性等方面基本要求.     

多辆电动汽车远程监控系统

构建了掌握电动汽车运行状态的远程监控系统。下位机有电池管理系统和电机控制器实现电池电机信息的采集,整车控制器通过控制器局域网络(CAN)实现车内数据通信,数据由CAN转为RS232。采用了通用无线分组业务技术,经数据传输单元传输,借助移动信号和Internet网络传至上位机。利用动态交换技术实现组态王和MATLAB及VB联合,然后利用MATLAB对接收的数据进行理论计算和VB调用MAPX控件,扩展了运算能力和定位功能。实际应用说明系统具有良好的实时性。     

导航系统多模变结构智能控制研究

针对传统无人机导航控制的局限性,提出基于多模变结构智能控制策略的导航控制系统．在飞行导航控制系统内建立不连续控制结构,当系统状态发生变化时,启用不同控制结构以获得优良的控制品质,同时系统具有较强的对系统参数摄动不敏感性以及风场扰动抑制能力,系统鲁棒性强．采用数字控制技术,系统工程实现简单且可靠性高．