国外水下导航技术发展现状分析

近年来,水下导航在军事战略、民用等领域得到快速发展,成为各国海洋科学技术的研究热点和难点.重点梳理了国外主要国家在水下无人系统中各类导航技术的发展现状,包括惯性导航、地球物理辅助导航、水声学导航、协同导航、仿生导航技术.结合当前各类导航技术的特点,总结分析了水下导航定位技术未来发展趋势,并对其应用方向进行展望.     

北斗导航卫星系统－－双星定位通信原理

北斗导航系统是我国自主研制的第一代卫星导航定位系统。这个系统可以满足国内卫星导航需求。它是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统。为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务。文章主要介绍北斗双星定位系统的组成和功能，系统的定位、通信、授时原理以及系统主要技术性能和应用。     

美国GPS受限条件下导航定位技术的新发展

为解决在高强度对抗环境中GPS信号不可靠的问题,美国正在研发新一代可靠的、高精度的导航定位与授时（PNT）技术,提高军用平台在GPS受限条件下的导航定位精度。在对GPS受限条件下美国开展的新型导航定位技术项目进行总结梳理的基础上,重点关注未来导弹武器的应用需求,分析了不依赖GPS导航技术的弹用适用性。     

水下自主导航机器人系统

在水下机器人被广泛应用的背景下,能够实现水下自主导航的机器人具有极高的应用价值。为了打破水下机器人运行需要人为干预的瓶颈,更好地发挥小型机器人水下的灵活性,设计并制作了一种可自主导航的水下机器人系统。该系统机械上采用Pro/E作为三维造型软件,用快速成型设计并制造了水下机器人的主体;硬件上使用摄像头采集数据,并使用红外测距模块及电子罗盘模块实现定位功能;嵌入式软件层将传感器数据进行采集后,对数据进行相应的图像识别和处理,最终识别障碍物并做出相应动作;同时,数据和视频流可通过无线模块传送到上位机,上位机将数据接收后进行相应显示,并可直接显示视频流,方便调试的同时也可对水下环境进行实时监控。该系统实现了自主的水底避障、探测,以及自行返回出发点的完整功能,对于水下探测活动具有一定的实用价值。     

基于PMF和TERCOM组合算法的水下地形匹配技术

南于自主式水下航行器的导航受海水环境的影响,其定位精度不高,目前较好的解决方法之一是采用水下地形匹配辅助导航系统.本文针对该系统最核心部分的匹配算法,提出了一种定位精度更高的组合算法.为了解决质点滤波(PMF)算法存在的计算量大、收敛速度慢和对初始误差比较敏感的问题,提出了一种将地形轮廓匹配(TERCOM)算法和PMF算法进行组合的方案.首先分析了搜索区域分辨率对PMF算法的影响,然后分别对以TERCOM为粗匹配、PMF为精匹配和以PMF为粗匹配、TERCOM为精匹配的两种组合算法进行了仿真比较.结果表明,第1种组合算法无论在大起伏地形还是在平坦地形中都显示出了更快的收敛性和更高的定位精度,是一种具有较高工程应用价值的算法.     

激光扫描条纹管成像水下探测技术进展

论述了激光扫描条纹管成像的基本原理、国内外发展和应用情况以及国内初步试验结果。可利用以条纹管成像为基础的水下激光扫描成像探测技术,增加水下光学探测距离,提高水下探测速度和效率;在水下无人航行体(UUV)、舰载、机载等装备上实现快速探测和识别水下目标。     

美国备份授时系统建设法案发展研究

针对近期美国总统特朗普签署的《2018年国家授时弹性与安全法案》,概述了美军授时战和备份授时系统建设的发展背景,梳理和分析了该法案历史发展演进,包括2015—2018年美国推出的7项定位、导航与授时(PNT)弹性与安全相关法案。通过对各项法案的修改、删减和完善内容进行分析,可以发现美国高度重视授时系统的弹性与安全,逐渐重视备份授时系统单独工作的能力,多部门联动推动陆基可替代授时系统建设,最新法案与美国空军提出的授时战相契合,已经将授时从PNT中拆解出来。该法案成为美国公法可认为是美国推动授时战能力建设的重要举措。     

水下机器人定位方法综述

机器人定位是指通过机器人传感系统实时获得其所在的位置和航向信息,是移动机器人完成复杂实际任务的基础。针对水中机器人,介绍了基于水声、基于GPS和基于概率等几种典型的水下定位方法。分别描述了这些方法的实现原理,并分析了它们的特点和存在的问题。最后,展望了该方向今后的发展趋势和应用前景。     

国外自治水下机器人发展现状综述

从上世纪90年代中期以来, 自主式水下航行器(AUV) 在海洋科学调查以及军事领域得到越来越广泛的应用。本文阐述了现阶段国外AUV的发展现状, 首先介绍了它在水雷搜索、冰下探测以及水下作业中的最新应用, 接着对AUV的能源、水下承压与密封以及控制与导航等技术现状进行了概括。     

无人水下航行器发展与应用

无人水下航行器作为无人运载平台的一个重要分支,在民用领域和军用领域都发挥着极其重要的作用。首先介绍了几个发达国家UUV的发展现状及其未来发展计划,强调了UUV的应用领域,如海洋探测与开发、水雷对抗、潜艇对抗等等,在此基础上分析了UUV发展必须突破的几项关键技术,如能源问题、自主导航、协同使用等等。     

自适应卡尔曼滤波法在潜艇水下导航中的应用

当潜艇同时变速、变向时，会导致系统模型发生变化．采用基于海流数据库的卡尔曼滤波算法获得海流信息，对潜艇经纬度，海流东北分量和航向、航速等非线性微分方程进行线性化处理，得出转移矩阵，推算出潜艇某时刻的测量向量和测量矩阵．对各方程式卡尔曼滤波，通过T-SFIMMA算法进行基于T-S模糊模型的自适应卡尔曼滤波计算，实现系统模型的实时跟踪与自动转换．     

水下航行器INS/GPS/DVL组合导航方法

针对自主水下航行器（AUV）受水下环境的局限难以提高导航性能的问题,提出了一种融合多传感器信息的INS/GPS/DVL组合导航方案,利用分散化滤波中的联邦Kalman滤波来实现AUV组合导航方案,通过动态信息分配系数优化了各子系统的导航信息,增强了AUV的导航性能。仿真结果表明,该方案充分提取了导航传感器的信息,有效地提高了AUV的导航精度和水下定位能力。     

未知洋流干扰下基于单领航者的多自主水下航行器协同导航

洋流估计问题是多自主水下航行器(AUV)协同导航方法中的难点之一.针对未知洋流情况,给出了1种基于单领航者的多AUV协同导航方法.通过设计主、从AUV间的机动轨迹,将从AUV的初始定位以及洋流干扰、测速误差的初始估计问题转化为非线性极小平方优化模型求解,提高了初始化精度;并进一步将洋流干扰等作为状态变量参与协同导航过程...     

水下航行器试验航路设计与仿真

水下航行器的导航精度试验与航路的设计关系密切,为了找出最佳的试验航路,以得到真实可信的导航精度,该文通过对导航系统采用多普勒计程仪加光纤陀螺罗盘或惯导系统的仿真,分别计算直线航路、闭环航路和开环航路情况下的导航精度,以确定不同航路设计对导航精度的影响。仿真结果表明,由于导航系统的误差在环形航路中会互相抵消,使得环形航路试验得到的导航精度偏小,这与试验的本意相违背;而直线航路试验不受此影响,得到的导航精度较环形航路的大,是最接近真值的。本文首次提出了用仿真计算确定水下航行器试验航路的方法,可为水下航行器试验航路的选择提供依据。     

一种水下巡逻机器人设计与实现

针对目前如何实现水下巡逻、水下作业等问题,介绍一种可对水中环境实时监控并在水下进行作业的巡逻机器人.采用半球罩加三舱式结构设计,模块化设计分为控制模块、动力模块、探测模块、导航模块和水下作业模块,并通过实验进行验证.实验结果表明:该机器人具有功能实用,操作简单,航行稳定,机动性强,易于携带、回收等优点.     

巡航导弹水下发射技术综述

回顾了国外潜射巡航导弹水下发射技术的现状,介绍了新型的大筒多弹发射技术,分析了水下发射技术的发展趋势。     

水下枪(炮)发射技术综述

针对现超空泡射弹发射技术的研究成果难以支撑其工程应用的问题,对水下枪炮发射技术进行探讨。介 绍国内外鱼雷及导弹水下发射技术,对水下枪炮自动机进行分类,归纳水下枪炮发射的关键技术,总结超空泡射弹 武器系统数值计算和实验研究成果,对水下枪炮发射技术的研究现状进行分析,并从水下射弹测速和水下自动机膛 压测试技术方面展望了水下枪炮发射技术领域的研究方向。该研究有一定的实用参考价值。     

水下对直升机探测技术研究

直升机辐射噪声是水下探测直升机的基础。讨论了直升机辐射声场指向性、频率特性及空气声向水下传播特性。结果表明,空气声入水折射波在水下传播具有余弦指向性特性,远距离传播损失与海底类型有关,与声源高度关系不大。最后分析了水下对直升机噪声的探测能力,结果表明水下探测直升机可行。     

新型水下高效毁伤战斗部技术发展趋势

就水下战斗部在现代海战中的作用进行了阐述,并对水下战斗部的现状进行了描述,重点针对水下战斗部起爆保险方式、起爆方式、装药品种、装药结构及毁伤方式的发展方向进行了探讨,指出了未来水下战斗部高效毁伤战斗力的发展趋势。