水下航行器流噪声分析及软件设计

文中针对水下航行器目标远程探测的需要,分析研究了流噪声的形成机理,给出了流噪声的分析方法,并根据实测流噪声数据格式设计研制了噪声数据分析软件.该软件分析精度高、易操作,可给出流噪声强度随航速变化的规律和功率谱等指标.应用该软件分析了水下航行器流噪声的实测数据,为水下航行器远程探测换能器的设计和安装提供了重要依据.     

主动声自导方式下鱼雷航行自噪声测量技术探讨

由于混响因素的影响使得主动声自导方式下鱼雷对航行自噪声的获取十分困难,使得准确测量鱼雷自噪声成为困扰鱼雷自导系统的难题之一。针对此,文章提出一种主动声自导带着混响测量鱼雷航行自噪声的测量方法,详细介绍了该方法的原理并进行了计算,通过自噪声测量方法示例,证明了其可行性。试验证明,该方法灵活、机动,既可以测量换能器单元所接收到的噪声,也可以测量波束输出的束内噪声,并可做到实时、实地、实雷测量,降低了成本,提高了效益,为准确测量鱼雷航行自噪声提供了新的技术途径。     

基于多通道差分的自适应噪声抵消方法

水下航行器舷侧阵的自噪声是影响其弱信号检测能力的主要因素。为减小其影响,通常除了采用物理降噪、主动降噪等方法外都还采用自适应噪声抵消技术。由于自噪声产生和传播的复杂性,以噪声源附近加速度计输出作为参考信号的自适应噪声抵消效果较差。考虑到自噪声和远程目标信号空间的差异性,充分利用阵列上不同位置水听器接收到的信息,本文提出了多通道输出延时求差形成多路参考信号的自适应抵消方法-MD-ANC方法。湖试结果表明,该方法噪声抵消效果显著而且实现方便。在同样的实验环境下,最低检测信噪比相对于未经处理的降低了约4—5 dB;波束形成后,信噪比提高3～5 dB.     

四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究

四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°~90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°~15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°~50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。     

深海环境下利用噪声抵消器和经验模态分解的拖船干扰抑制方法

针对深海环境下拖船自噪声在靠近端射和非端射方向产生的多途角扩展干扰影响拖曳声纳探测性能的问题,提出一种利用归一化最小均方误差(Normalized Least Mean Square, NLMS)噪声抵消器和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)的拖船干扰抑制方法。通过借鉴逆波束形成(Inverse Beamforming, IBF)的思想,对靠近端射方向的干扰波束进行相位补偿,重构出时域干扰信号,并将其作为自适应噪声抵消器的输入信号,基阵接收信号作为期望信号,利用NLMS方法调整滤波器的权值,进行初步干扰抑制。在此基础上通过EMD对噪声抵消器的输出结果进行分解得到多个本征模态(Intrinsic Mode Function, IMF)和残余分量,再利用匹配滤波方法筛选出用于重构拖船噪声的IMF,并在阵元域抵消完成干扰抑制,其中匹配模版为靠近端射方向频域干扰波束逆傅里叶变换得到的时域干扰信号。仿真数据和海试数据分析结果表明,与其他方法相比,所提方法能够大幅度抑制拖船自噪声产生的多途角扩展干扰,提升拖曳声纳在干扰盲区内对弱目标信号的检测能力。     

某型近水面航行器的推进器设计

推进器对航行器所能达到最高航速、总体噪声水平等起到至关重要的作用。由于作为设计对象的航行器主体部分直径与推进器直径量级相同,推进器的不平衡扭矩也是重要的设计目标,以CFX软件结合粘势耦合的设计方法对泵喷推进器进行设计,设计结果满足使用要求。     

电控罗经航向数据噪声

电控罗经因其多种优点得到广泛的使用,但是由于受多种干扰影响,其各不同航行状态下航向数据存在不同噪声．本研究利用了Allan方差法,对电罗经的航向数据进行了深入而详细的分析,得到不同航行状态下的噪声特点,为进一步去除噪声提高电控罗经精度提供了理论基础．     

多元探测红外导弹位标器振动噪声抑制

对一种多元探测红外位标器的振动噪声进行了研究。列举了可能产生红外噪声的类型,分析了振动噪声产生的原因,建立了振动噪声的传递函数,并提出用减振的方法即隔离弹体振动的方法降低位标器的振动噪声。根据此位标器的具体特点,建立了减振系统的数学模型,得到位标器振动模型的微分方程并对该微分方程求解。在实际应用时用此种方法成功地降低了位标器的振动噪声。     

鱼雷发电机噪声对自导系统的干扰及其抗干扰技术

针对热动力鱼雷噪声高的问题,探讨了发电机噪声对鱼雷航行自噪声的影响,通过频谱分析和模拟试验等方法,找出了雷内电源的输出噪声源自发电机,并通过电源线、地线以及自导发射机泄漏到自导收发转换电路而进入接收机,分析了发电机噪声的特性以及对自导作用距离的影响机理,提出了改进收发隔离电路设计以提高阻断噪声能力和电源滤波的抗干扰措施。试验表明,采取抗干扰措施后可抑制噪声10～20 dB,使鱼雷自导作用距离达到一个新水平,同时可降低被动自导虚警概率,改进了自导系统性能,提高了其工作可靠性。     

美国海军先进电力演示舰

2005年8月24日,美海军先进电力演示舰(AESD) 进行了海试。该舰被正式命名为“海上喷气”(SEA JET) 号。采用DD(X)驱逐舰的干舷内倾船型,全长40.6米, 它安装了罗·罗公司的船用AWJ-21喷水推进器,该推进器重量轻、结构紧凑,包括操舵和倒车功能,由于完全在水下工作,还减少了噪声和水面尾迹,提高了隐形     

复杂海洋环境噪声下甚低频声信号检测方法

针对复杂海洋环境中的探测潜艇目标问题,开展复杂海洋环境噪声下的甚低频信号检测研究。采取更加符合实际的列维分布描述复杂海洋低频环境噪声,并基于对数矩法估计实测噪声的分布参数,为后续的系统参数选取提供先验知识;提出随机共振来检测复杂海洋环境噪声下的甚低频信号,分析列维噪声下的2阶随机共振方法;推导列维噪声下随机共振系统匹配参数,建立2阶双稳态匹配随机共振信号检测系统。仿真实验结果表明：2阶匹配随机共振检测器比传统相关检测器的检测性能优越很多;在虚警概率0.01条件下要使得检测概率达到0.9,比相关检测器所需输入信噪比降低10 dB. 通过外场湖中试验,验证了该系统对水下移动航行器产生甚低频声信号的有效检测。     

基于SαS的水声信号噪声统计分布建模

针对水声信号噪声统计分布难以准确描述的问题,在α稳定分布相关特性基础上,提出了一种基于对称α稳定分布(SαS)的水声信号噪声统计分布模型.首先结合水声信号噪声概率分布的特征,建立了用于描述水声信号噪声统计分布的SαS模型,再根据各种水声环境实际试验数据,对不同水声环境下特征指数α的取值范围进行了水池、湖试和海试试验统计.试验数据分析结果表明,SαS分布模型可用于水声噪声信号统计描述.     

一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究

针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法.通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法....     

基于GPS卫星模拟器的AUV辅助导航半实物仿真系统开发

全球卫星定位系统(GPS)应用于远程自主水下航行器导航系统中,可利用其精密导航和定位能力对航位推算导航系统如惯导和多普勒导航的累积误差进行精密校正.本文设计一种采用GPS卫星定位导航模拟器、GPS接收机和仿真计算机构成的卫星导航仿真系统,旨在用于自主水下航行器AUV辅助导航系统的试验验证.文中对该系统的硬件接口设计和软件开发进行了论述,并进行了部分系统测试评估.测试结果表明,该卫星导航仿真平台工作可靠,最终的设计方案可用于AUV导航与控制半实物仿真系统中.     

AUV组合导航系统中H∞滤波技术

为了提高自主水下航行器(AUV)组合导航系统精度,选择了捷联式惯性导航系统(SINS)、多普勒速度声纳(DVS)以及地形匹配导航系统(TAN)作为AUV组合导航系统导航传感器,建立了AUV组合导航系统的状态模型和导航传感器观测模型,运用了一种基于径向基函数(RBF)神经网络进行H∞滤波信息分配的信息融合方法,并进行了计算机软件仿真.仿真结果表明,在有色噪声情况下,AUV组合导航系统的导航姿态、速度和位置精度得到了提高,有效地克服了传统滤波容易发散的缺点,提高了AUV组合导航系统的容错性能和导航精度.     

新型随控布局水下航行器近水面运动非线性模型研究

采用随控布局的新型水下航行器配备有多个不同方向的推进器,实现了直接升力控制和直接侧向力控制,具有巡航和悬停2种运动模式。文中详细分析并建立了不同运动模式下的流体动力模型以及环境因素的扰动作用模型,建立了新型水下航行器的6自由度非线性低频运动模型以及波浪作用下的高频运动模型,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,该模型不仅可以模拟航行器的巡航以及悬停运动状态,还可以描述航行器的低频运动和高频运动状态,为航行器近海面运动的控制系统设计与仿真提供了参考。     

基于噪声对消技术的振动信号提取方法研究

用神经网络噪声对消技术对遥测振动混噪信号进行信号提取。将BP神经网络作为自适应噪声对消滤波器,以导弹上振动传感器临近位置的噪声传感器所采集噪声信号作为参考噪声,对混噪的振动信号进行噪声对消,实现噪声抑制,提取有用信号。分析实际飞行试验数据处理结果,证明了BP神经网络自适应噪声对消器可以有效提取强噪声背景下的弱信号,且具有较快的收敛速度和收敛性能。     

脉冲多普勒引信抗有源噪声干扰性能研究

为提高脉冲多普勒引信抗有源噪声干扰性能,定量研究有源噪声干扰对其作用机理,以处理增益为表征参量,基于功率谱定量研究了脉冲多普勒引信的抗有源噪声干扰性能。理论推导了在射频噪声、噪声调幅和噪声调频干扰作用下脉冲多普勒引信从接收回波至相关检测这一过程的输入、输出信干比和处理增益,获得了影响脉冲多普勒引信抗有源噪声干扰能力的信号特征参数,并进行了仿真验证。定量分析与仿真结果表明：脉冲多普勒引信具有较强的抗有源噪声干扰能力,抗有源噪声干扰能力主要决定于脉冲占空比与多普勒滤波器带宽。     

被动雷达仿真系统对噪声调频干扰源跟踪过程研究

文中描述了被动雷达功能仿真的主要过程,设计了被动雷达功能仿真平台。在此基础上,文中针对噪声调频干扰信号进行建模,进一步模拟了被动雷达系统对噪声调频干扰信号的跟踪过程。通过对仿真结果进行分析,文中证实了测量的到达角与真实值存在一定的偏差;当噪声调频干扰源在一定带宽范围内时,采用跟踪到达角平均值的方法可以使被动雷达导引头成功地搜索到目标。     

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。