异构无人潜水器水声通信技术发展综述

作为构建无人潜水器水下信息链路的关键技术，水声通信一方面受不确定海洋环境下水声信道多径、多普勒、环境噪声等制约因素严重影响；同时，不同类型异构无人潜水器具有完全不同的工作模式、航行状态、平台适装要求，对水声通信造成极大挑战。本文的目的是对异构无人潜水器水声通信技术近年来取得的研究进展进行分类综述。首先对自主式水下航行器、水下滑翔机、波浪滑翔机等典型异构无人潜水器水声通信面临的挑战进行介绍，然后从模型方法理论、技术系统实现及工程化应用等方面分析异构无人潜水器水声通信国内外的研究现状。考虑到当前异构无人潜水器水声通信技术仍无法满足高性能海洋立体信息体系建设的需求，本文围绕典型应用场景探讨了相关技术发展趋势并从适应性、体系化、一体化等角度进行展望。     

全海深AUV上浮运动稳定性分析

针对现有的水下机器人的运动稳定性分析仅局限于定深直航的现象,本文对全海深AUV上浮运动稳定性进行研究,研究内容对机器人的稳定性判别和相应的机器人水动力型体设计以及运动控制策略设计具有重要意义。论文根据古尔维茨判别法的思想推导了全海深AUV从水面下潜至工作深度以及从工作深度上浮至水面的运动稳定性判定公式,通过计算一台全海深AUV的水动力系数,利用所推导的稳定性判定公式,对该台水下机器人的运动稳定性进行评判,结果表明该水下机器人的稳定性符合设计要求,全海深AUV在上浮过程中具有良好的动稳定性。     

近水面悬停远航程AUV受波浪的影响

远航程自主水下航行器(简称:AUV)在水下航行一定的距离后需要上浮到近水面悬停进行GPS导航定位,而在近水面AUV受波浪的影响不能忽略,因此有必要研究AUV在近水面悬停时受波浪的影响。在建立AUV六自由度运动数学模型的基础上,基于二元规则波的波浪理论建立了AUV所受波浪力的计算模型,并仿真计算了AUV在近水面悬停时受海洋波浪力的影响。结果表明AUV在2级和4级海况下都可以稳定地完成在近水面悬停作业的任务。     

无线传感器网络中邻居发现及链路通信质量预测技术

采用主动探测和被动监听技术发现无线传感器网络中节点的入邻居和出邻居,并采用WMEWMA(Window Mean Exponentially Weighted Moving Average Estimator)预测邻居间链路最近通信质量．为减轻非对称链路对算法的影响,提出了链路数据转发服务,来发现由于单向链路而不能被发现的出邻居．通过理论分析和在无线传感器网络模拟器TOSSIM上的模拟表明,这种算法可有效进行邻居发现和邻居间链路通信质量的预测,使多于40%的节点发现更多的出邻居节点,多发现的出邻居节点在14%到100%之间．     

自适应多制式正交多载波高速水声通信技术研究

水下无人航行器(UUV)的水声通信涉及UUV与指挥舰船以及UUV之间的水声通信技术,通信系统的环境复杂、距离多变。若采用单一数据率传输模式,则通信系统受制于最大工作距离以及最恶劣信道而采用最保守的通信数据率,使得该类型的水声通信的数据率较低。提出了适合于UUV之间及其与指挥舰船之间远、中、近全程变数据率通信的自适应多制式正交多载波(MOM C)水声通信技术,该技术可使通信系统在不同距离、不同信道环境下的通信数据率逼近该信道的最高值。湖试结果为误码率<10-4时,5 km通信数据率为9090 b/s,25 km为2000 b/s。     

矿井救灾机器人通信系统设计

为实现救灾人员与机器人间的遥控以及数据（包括视频、音频等）的采集和传输,设计一个实用、可靠的通信平台．该平台能同时利用光纤和无线电波两种传输媒质实现双向通信,以提高系统可靠性和灵活性．具体讨论了通信系统的功能和构成,设计了接口电路,完成了数据复接和分接．该研究提出的无线多跳链路的全节点按比例定时交替传输方法,能实现传输速率比例可调的双向不对称传输．     

分布式浮标阵高帧率异步水声定位

为增强水声定位系统的高帧率无模糊定位能力,提出了一种测量水下非合作高速运动目标轨迹的分布式浮标阵水声定位技术,将帧率提高到0.1 s量级.设计了组合脉冲串的信号形式,可在不产生距离模糊和不增加系统复杂度的前提下提高测量帧率.采用并行多通道自适应陷波器组和并行拷贝相关器组并联的信号处理结构,可有效抑制通道串漏和减小多普勒...     

适用于水声深海垂直信道下的OFDM—MFSK技术

水声通信是水下唯一远距离信息有效、可靠传输的方式.水声信道具有严重的多径拓展、多普勒扩展及环境噪声,在此信道下传输会导致正交频分复用(OFDM)系统性能严重恶化.将具有良好的抗多径衰落优点的OFDM系统和对多普勒频偏不敏感的多进制频移键控(MFSK)系统相结合的OFDM—MFSK联合调制方式,无需信道估计与均衡,具有良...     

生物友好的认知水声网络频谱分配

为充分利用海洋哺乳动物和水声传感器网络(UASNs)共享的稀缺频谱资源,提出了一种生物友好的认知水声网络频谱分配(MMF-CASA)方法。将海洋哺乳动物作为主用户,传感器节点作为次级用户,设计了生物友好的认知水声网络通信机制。以次级用户系统容量最大化为目标建立效用函数,通过拉格朗日乘数法和功率控制与信道分配技术求解次级用户的发送功率与信道分配,设计了生物友好的水声网络频谱分配机制和算法。实现了主用户和次级用户信道共享,最大化了水下稀缺的频谱资源的利用率。仿真结果表明,采用生物友好的认知水声网络频谱分配方法能够避免传感器节点通信对海洋哺乳动物间通信的干扰,使网络的频带利用率和系统容量分别提高了37.4%和34.2%。     

集群时变拓扑下的链路修复

针对集群拓扑的时变特性引起的网络分割问题,设计了一种多目标的协同修复方法。基于拓扑修复模型,将链路修复节点引入,建立了信道链路模型。通过多目标链路约束,设计了多目标链路优化算法。结果表明：该算法通过解密集度策略以及速率约束策略,实现了最优的通信位置规划。通过扩大种群数,该算法取得较为精确的帕累托最优解集,能够在两个分割网络间确定最优的通信位置,实现了分割网络间的数据投递。     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.     

特征关系与工艺决策

从并行工程的原理出发,提出了一个基于特征的并行 CAPP 系统.在特征建模的基础上,系统能够推理特征之间的关系,产生零件的特征向量图;利用加工知识库,通过动态规则匹配,系统可以确定特征的加工方法、加工参数及其加工顺序;通过优化确定最佳的工艺计划.