水下航行器声隐蔽性的表征与技术进展

声隐蔽性是水下航行器的一项关键性能,现有多种表征方法。本文在探讨了现有的主要表征方法基础上推荐了一种通用表征方法,对收集到的俄、美两国具有代表性的水下航行器噪声级进行了分析。作者还简要介绍了近年来水下航行器总体声学设计技术方面的进展。     

超空泡水下航行器直航弹道三通道控制与动态特性仿真

水下航行器在超空泡状态直航时,其运动模式和常规全沾湿水下航行器完全不同,为保证该模式下直航弹道的稳定性,提出对超空泡航行器的纵平面、水平面和横滚三通道进行特殊控制。从超空泡航行器流体动力产生的机理出发,分析了其力学特性,建立了航行器三通道空间运动模型;采用空化器首舵和航行器尾舵对超空泡航行器直航弹道进行控制,利用极限操舵的控制模式降低了三通道之间的耦合。针对超空泡航行器直航三通道进行了动态特性仿真,仿真结果表明弹道航向稳定、深度偏差小、横滚振荡幅度可控     

水下无人航行器声学系统实收实发声隔离度分析研究

对某水下无人航行器声学系统在特定间距及频段条件下实收实发声隔离度进行了分析研究。在分析某水下无人航行器载体基本结构特征的基础上,通过ANSYS有限元建模仿真软件,对航行器声学系统实现实收实发的指向性和隔离度进行了仿真计算,并在消声水池对航行器声学系统实收实发隔离度进行了实验测试。研究结果表明,收发间距为3 m时具有一定的收发隔离度,若对隔离度有更高要求,则需采取调整收发换能器间距或对接收水听器加装吸声障板等技术措施,可为水下无人航行器声学系统设计及实现实收实发提供技术支持。     

无人水下航行器的现状与发展趋势

无人水下航行器是当前海军装备发展的热点,其分为非自主式（ROV）和自主式（AUV）2类,本文分别介绍了ROV和AUV的分类与发展特点,比较了ROV与AUV的优势与劣势。     

水下无人航行器自主检测方法研究

自主检测技术是实现水下无人航行器(Underwater Unmanned Vehicle,UUV)智能化的关键技术,是无人航行器能够自主执行水下预警、目标跟踪等任务的前提。针对当前基于均值类和有序统计类恒虚惊(Constant False Alarm Rate,CFAR)技术的自主检测方法在背景起伏严重、多目标情况下,背景噪声统计特性估计不准确、自主检测性能下降的问题,文章提出了一种基于方位-时间二维参考窗联合有序截断平均算法的自主检测方法。首先,该方法设计了一种方位-时间二维参考窗,解决了一维参考窗检测参考样本过少、噪声统计量估计不准的问题;其次,采用有序截断平均算法估计背景噪声统计量,对起伏背景进行均衡;最后,利用背景噪声均值和方差构造恒虚警检测器,采用检测前跟踪技术,实现起伏背景下、多目标自动检测与跟踪。湖上试验结果表明,在水下无人航行器的自噪声干扰下,该方法对多目标依然具有较好的自主检测效果。     

对转涡轮用于水下航行器的初步研究

阐述了对转涡轮在航空航天领域的发展现状，总结出对转涡轮的优点和应用前景，提出了一种可用作水下航行器动力主机的涡轮机类型．分析了水下航行器涡轮机与航空航天涡轮机的差别，论证了对转涡轮使用在水下航行器上的可行性，建立了水下航行器对转涡轮机的设计框架．     

基于柱面近场声全息的水下航行器辐射声场重构

为了解决水下航行器这种柱形噪声源的定位与识别问题,采用柱面近场声全息技术,研究了辐射声场重构。利用声场仿真分析验证采用该方法进行声场重构的正确性,并对测试过程中基阵测试距离、全息面阵元位置误差以及相位误差对声场重构精度的影响进行分析。最后开展了水下航行器舱段模型的柱面近场声全息试验研究,得到了舱段内部电磁激振器的水下辐射声场和位置信息,验证了该方法的可行性和有效性。     

多无人水下航行器协同导航定位研究进展

介绍了多无人水下航行器(UUV)协同导航定位的原理,进而详细综述了国内外多UUV协作系统及多UUV协同导航定位系统的研究进展,重点研究和分析了水声测距及通信一体化、协同导航定位算法、协同导航定位观测、水下UUV组网等关键技术的研究特点和发展趋势。研究表明,随着海洋研究的不断深入,多UUV协同导航定位系统的发展将会更注重减小体积质量、适应复杂海洋环境和能源限制方面的研究。     

基于小波神经网络的水下航行器传感器故障诊断

针对水下航行器系统的传感器故障诊断问题,提出了一种基于小波神经网络的传感器故障诊断方法．在对水下航行器系统的传感器故障信号进行特征提取时,发现其大部分能量都集中在低频部分．若直接以此能量分布来区分正常与故障、故障与故障的信号,将导致神经网络训练时间和分辨时间都会很长,因而不能实时地监控系统．为了很好地进行区分,凸显其差异,将低频部分能量舍去,只保留其余部分,并将其归一化,再利用径向基神经网络进行分类．利用小波分解的节点能量差异与特征提取特点以及神经网络的自我学习能力,通过大量的样本训练后,使神经网络很好地分辨出5类故障信号及正常信号．仿真结果表明：此方法简单、易于实现,适于水下航行器的传感器故障的诊断．     

基于分数阶功率谱熵的未知水声脉冲信号检测方法

水声侦察的核心问题是在无先验知识条件下捕获其他平台发射的脉冲信号,单频(Continuous Wave,CW)信号和调频(Frequency Modulation,FM)信号是常用的水声探测脉冲.功率谱熵算法能有效检测低信噪比的CW信号,但对FM信号性能不佳,分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Tr...     

水声通信与水声网络的发展与应用

水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一,其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征,使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求,面临极大的技术挑战。介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状,分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,包括调制、解调技术和信号检测技术;介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。最后简要介绍美国Teledyne Benthos公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。     

几种水声瞬态信号检测算法的比较研究

对于空投浮标、鱼雷等反潜武器的入水瞬态信号进行检测一直是水声对抗领域的一项关键技术。本文针对入水瞬态信号介绍了4种常用的统计量检测方法,并通过蒙特卡洛仿真和湖试数据处理比较了4种检测方法的检测效果,分析了各自的特点,对水声瞬态信号检测具体工程应用具有较好的参考价值。     

High-resolution underwater acoustic imaging with lens-based systems

In recent years, several sonars designed for high-resolution, short-range underwater imaging have been developed. These imaging systems use an acoustic lens to focus the incoming waves on an array of transducers. In this article we describe three prototype systems that use a line-focus or a point-focus lens and operate at a frequency of 300 kHz or 3 MHz. The line-focus lens produces two-dimensional (2D) intensity images, while the point-focus lens produces 3D intensity images. We present sample images taken from moving and stationary platforms, and discuss the techniques used for processing the acoustic backscatter data to reconstruct and visualize the scene. The images, particularly those taken with a point-focus lens, show a remarkable degree of detail. © 1997 John Wiley & Sons, Inc. Int J Imaging Syst Technol, 8, 377–385, 1997     

水声通信中的多载波CDMA

多载波码分多址技术是第三代数字通信系统研究中重要课题之一，其主要特点是采用多载波并行传输，成为通信系统提高传输速率的一种有效方法。水声通信在远距离传输时通信速率通常比较低，本文将水声扩频通信与无线电通信中这一成熟技术加以结合，以提高水声通信的传输速率，给出了UW—MC—CDMA系统并进行了分析。     

水下声信标信号的多脉冲匹配滤波改进方法

水下声信标信号检测是搜寻黑匣子的重要技术之一。针对水下声信标信号声源级低、脉冲宽度窄所带来的检测难题,充分利用声信标信号周期短、相邻脉冲信号相关性强等特点,提出了一种基于多脉冲积分的改进匹配滤波方法,通过前后脉冲匹配方法克服标准信号匹配处理中因信号畸变带来的匹配处理增益下降,通过多脉冲累积提高积分增益。通过仿真实验验证,当取多脉冲累积数为6时,在理想白噪声环境下,所提改进方法比传统单脉冲匹配滤波检测性能提高约4 dB,特别是在存在明显多普勒影响下,传统方法适应性下降,所提改进方法有9 dB的性能提高。通过对湖上实验数据的处理也验证了所提方法的有效性。     

网络化水声对抗体系研究

"网络中心战"的概念已经深入军事领域。作为其水下形式,"网络化水声对抗"的研究近年来得到了更多的重视。首先定义了网络化水声对抗的概念和研究范畴,然后综述了此概念主要方面的内容。其中包括水声网络及其在网络化水声对抗中的应用、水声网络安全技术、水声进攻技术及网络化水声对抗器材技术等。这些方面构成了完整的网络化水声对抗体系结构。最后,展望了网络化水声对抗技术的进一步发展,并给出了相关的建议。     

MC-CDMA技术在水声通信中的应用研究

MC-CDMA技术是正交频分复用和码分多址技术相结合的综合技术,兼有OFDM和CDMA的优点。在水声通信中,由于海洋信道的复杂性,尤其在浅海信道中,存在严重的多途干扰和海洋环境噪声以及严重的时变和空变特性,因此水声信号的衰落很严重。为了在条件恶劣的水下声信道中实现高速可靠通信,将MC-CDMA技术应用于水声通信。该研究分析了MC-CDMA技术的基本原理,并通过仿真MC-CDMA系统和OFDM系统,以及两个系统的水池实验,验证了在水声通信中MC-CDMA系统具有比OFDM系统更好的性能。     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。