基于双圆锥阵的水下目标被动定位方法

针对目标航行深度未知的水下目标被动定位,提出了基于双圆锥阵列的水下被动定位方法,解决了常规超短基阵无法实现被动目标距离估计的问题。双圆锥阵列是通过上下两个七元圆锥阵组合实现,可完成水下未知航行深度目标的方位角、俯仰角和目标距离的被动估计。仿真证明了该方法的有效性和可行性。     

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。     

水下机器人推进器故障融合诊断方法研究

为了对水下机器人的推进器进行故障诊断。建立了基于神经网络的水下机器人的运行状态模型及推进器的性能模型,提出了基于整体故障检测与直接故障检测的故障融合诊断的方法。故障模拟实验的结果验证了基于神经网络模型的水下机器人推进器故障的融合诊断方法的可行性和有效性。     

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。     

潜艇水下INS/APS组合定位新算法研究

研究基于水声定位系统(APS)和惯性导航系统(INS)的潜艇水下定位误差修正方法.在建立APS模型和INS模型的基础上,设计了一种新的基于INS/APS内差修正数据的卡尔曼滤波方法,分析仿真结果表明,基于APS内差修正数据的卡尔曼滤波器具备较佳的组合定位效果.     

水下探测机器人的研发与测试

为研究水下输油管道漏油点检测方法,基于水下机器人平台设计具有自主决策的探测机器鱼,使用智能检测判断规则,并通过试验验证该方法的可行性。实验结果表明,水下探测机器人可以自作决策并有效进行水下探测任务。     

声线弯曲对水下目标定位的影响及修正方法

水下信道的声线传播是弯曲行进的,用恒定声速来计算水下空间任意两点之间的距离会产生误差。本文根据分层介质中声速传播特性,分析声线弯曲对水声定位性能的影响,提出一种声线修正查表法以提高水下目标定位精度。通过湖上对声线修正方法进行验证,结果表明声线查表法可改善声线弯曲对水声定位的影响。     

一种改进的水下运动目标远航程导航定位方法

当前水下运动目标定位主要采用船载水听器基阵-声信标跟踪定位方法和船拖水听器基阵-声信标跟踪定位方法,但这两种方法存在跟踪定位精度较低、实施难度大以及设备维护修理困难等问题。基于此,提出了采用水下目标加装光纤陀螺仪-差分全球定位系统(DGPS)组合制导技术,以实时测量、记录水下目标的航行姿态、航行速度和位置坐标,通过编码把目标的位置坐标数据实时转换为同步水声多频多脉冲时延编码信号发射,利用船拖水听器测量水声多频多脉冲时延编码信号,通过船载基站实时解算,从而实现指引测控船完成远航程水下目标的实时跟踪、定位、监测任务。试验结果表明,该方法可有效实现对远航程水下目标的跟踪定位和实时监测。     

室内巡检机器人的定位方法

针对巡检机器人在室内环境进行巡检任务时无法准确到达指定位置的问题,提出一种基于激光雷达和里 程计的分区域定位方法。当机器人工作在定位精度要求不高的非目标区域时,采用激光雷达加里程计的定位算法进 行导航;而当机器人进入包含指定位置的目标区域时,则利用搭载在机器人上的激光测距传感器和已知位置的地标 来推算机器人的当前位姿,并根据机器人的当前误差进行位姿矫正,实现机器人在目标位置的精确定位。实验结果 表明：该定位方法的位置误差＜2 cm,偏转角误差＜1°,满足巡检机器人的定位精度要求,具备可行性和实际价值。     

基于贝叶斯估计的浅海声源被动定位方法

针对浅海环境干涉复杂和非稳定特性,建立概率密度函数形式的声场模型,有效克服定位时的模型失配问题;设计以声源状态矢量为后验概率的贝叶斯定位模型,用迭代形式达到时间换空间的目的,实现单个水听器对运动目标的定位;提出网格划分直方图滤波法,将解析积分转化成数值求和,提高算法效率。SWellEx-96实测数据验证结果表明,深度200 m、距离10 km的范围内,深度定位相对误差可控制在12.04%,距离定位相对误差可控制在6.47%。新方法可用于浅海隐蔽低耗武器平台对移动目标的探测。     

基于机器视觉区域处理技术的水中机器人定位方法

为解决水中机器人比赛易受比赛场地光线不均匀的影响而导致的机器人识别错误或丢失问题,提出一种基于区域处理技术的水中机器人定位方法。该方法综合利用直方图统计和区域处理方法对第一幅图像进行图像预处理、去背景操作,对机器人进行粗略定位,在得到的机器人区域中将色标分割出来,得到包括鱼的位置坐标和方向在内的各项信息。而后续图像的处理则主要采用区域处理方式,通过不断地修正机器鱼的位置信息,利用上帧图像的参数对本幅图像进行简化处理。结果表明,该方法能将光线等因素的影响降到最低,在一定程度上弥补了现在比赛平台色标识别上的不足。     

Underwater Localization for Multiple AUVs Based on Bearing and Range Measurements

A novel underwater localization algorithm for autonomous underwater vehicle （AUVs） is proposed. Taking aim at the high cost of the traditional ＂leader-follower＂ positioning, a ＂parallel＂ model is adopted to describe the localization problem. Under an unknown-but-bounded assumption for sensor noise, bearing and range measurements can be modeled as linear constraints on the configuration space of the AUVs. Merged these constraints, a convex polyhedron representing the set of all configurations consistent with the sensor measurements can be induced. Estimates for the,uncertainty in the position of a single AUV or the relative positions of two or more AUVs can then be obtained by projecting this polyhedron into appropriate subspaces of the configuration space. The localization uncertain region for each AUV can be recovered by an approximation algorithm to realize underwater localization for multiple AUVs. The deduced theoretically and the simulated results show that it is an economical and practical localization method for the AUV swarm.     

水声信号盲分离算法性能评价准则

在水声信号盲分离技术仿真研究中，需要评价算法的收敛速度，稳态误差等，文中分析了水声基阵接收信号的实数延时模型和复数混合模型，提出了水声信号盲分离算法性能评价准则。该准则分为基于混合基阵和信号估计两种，在三／四元均匀线列阵上，盲分离实测非高斯舰船辐射噪声，分别用CRLS，CACY，EASI，CMA，MKMA算法通信班下了提出的算法评价准则，同时还给出了这些算法分离水声信号的性能曲线。     

一种低功耗水下目标被动定位系统设计

为满足新一代水下自主式无人自动检测系统中被动定位系统对系统功耗、实时性和精度的要求,设计了基于微功耗器件THS1206与TMS320VC5509A水下被动定位系统硬件平台,和以具有良好精度和实时性的互谱算法为基础的软件系统。由于采用了较多的基元时延信息,使得整个系统在保证实时性的前提下仍具有较高的定位精度。试验结果表明,所设计的系统实时性良好,定位精度高,功耗低于70 mW,达到了新一代被动定位系统的特殊要求,具有良好的应用前景。     

Software Architecture for Modeling and Simulation of Underwater Acoustic Information Systems

The simulation of underwater acoustic information flow is an important way to research sonar performance and its engagement effectiveness in the ocean environment. This paper analyzes the significance of modeling an open and sophisticated simulation software architecture by object-oriented method, and introduces the modeling processes and expression method of simulation architecture. According to the requirements of simulation system and the underwater acoustic information flow, the logical architecture of simulation software system is modeled by the object-oriented method. A usecase view captured the system requirements. The logical view shows the logical architecture of software system. The simulation software is decomposed into the loose coupling constituent parts by layering and partitioning the packages for maintainability. The design patterns enabled the simulation software to have good expansibility and reusability. The simulation system involving multi-targets and multi-sonar is developed based on the architecture model. Practices show that the model meets the needs for simulating an open and sophisticated system.     

一种多模宽带水声换能器设计

随着水声信号处理技术的快速方展,需要从水声换能器获取更多的信息量,因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文设计了一种宽带纵振换能器,该换能器利用前盖板的弯曲振动与换能器的纵向振动耦合展宽频带。采用有限元方法模拟了换能器的电声特性,并制作了换能器样品。样品测试结果表明,换能器的带宽特性与模拟结果一致：发送电压响应级最大值139dB,-3dB带宽超过一个倍频程,且低频端小于15kHz。因此,该换能器具有低频、宽带、响应级高的优点。     

一种水中机器人协作顶球策略

针对国际水中机器人大赛全局视觉组水中协作顶球项目,提出一种有效的多鱼协作顶球方法。从速度控 制、方向控制、多鱼协作和顶球动作4 个方面制定整体策略,进行特殊位置的设计,让机器鱼交替顶球,并经过反 复测试。测试结果表明：该策略能提高机器鱼的顶球效率,更加有效地完成比赛任务,已在2018 年国际水中机器人 大赛中获得冠军。     

水下爆炸对抗鱼雷声纳效能分析

水声对抗中由于战术使用及作战态势的复杂性,使得水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的效果难以评估.本文分析了水下连续爆炸对抗鱼雷声纳的原理及其对抗主动、被动声纳的模型,针对有无水下爆炸干扰的2种情况,建立了主动声纳探测模型,并且根据模型求解了在不同频率、不同装药量下主动声纳的探测距离,然后以探测距离平均缩减量及平均缩减率为准则,运用仿真判断对抗效果,分析了有无水下爆炸声干扰时主动声纳探测距离随频率、装药量的变化规律.     

分布式水下导航、定位、通信一体化系统设计

设计了一套集导航、定位、无线电通信和水声遥控通信功能于一体的大型联合系统。利用试验船上的船载测距仪、海面的无线电遥控浮标、海底应答器阵、无线电基站和显控计算机组成的空间立体网络实现了对水下目标的导航、定位功能,具有三维测量能力;通过无线电通信和水声遥控通信相结合的方法,实现了对海底应答器的远程控制和管理,增大了系统的工作范围;提出一种实用有效的海底应答器阵位测量方法。文中主要介绍了系统的总体设计方案、导航定位原理、水声信号处理方法和试验结果。海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。     

水下电场通信研究综述

由于水环境的特殊性,传统通信方法在水下难以有效工作,必须发展适当的水下通讯方法。介绍了几种常用的水下通信方法,对这些方法的特点进行了比较分析。进一步着重介绍了适用于近距离水下通信的电场通信方法,对其工作原理和实现过程进行了阐述和说明,并对今后的发展趋势做了展望。