SLAM算法在AUV中的应用进展

同步定位与地图创建（SLAM）是水下航行器在全球范围内实现自主导航的一个基础且重要问题。首先介绍了SLAM算法在水下航行器应用的国内外最新进展,指出了SLAM算法所面临的问题,阐述了研究的环境描述、环境特征提取和不确定信息的描述等难点问题,并对SLAM算法的主要实现方式进行了归纳。最后结合水下航行器的特殊应用环境,探讨了未来SLAM算法的研究趋势和发展方向。     

基于Matlab/Simulink的水下航行器建模与仿真

为便于对水下航行器的运动弹道和运动控制进行计算机仿真,建立一种基于Matlab/Simulink的水下航行器模型。利用矢量化建模方法,给出水下航行器6自由度空间运动数学模型,详细论述Simulink建模过程和S函数的实现方法,并应用所建立的Simulink模型,对水下航行器的开环运动、操纵性以及闭环运动控制相关问题进行仿真。仿真结果表明,该系统符合水下航行器的实际运动规律。     

AUV舵面故障的直接自修复控制

为了提高水下航行器（AUV）控制系统的可靠性,提出了基于模型跟随法的直接自修复控制方案,通过寻找故障发生后立即产生作用且与故障的具体信息无关的直接自修复控制规律,使故障AUV迅速恢复正常工作状态。该方案无需故障辨识就可以实现多个舵面故障的完全自修复,在AUV无故障时对其性能没有任何损失,并对扰动有良好的纠偏能力。上述特点和结论均得到了数学上的严格论证和仿真结果的有效支持。     

变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真

针对拖缆自主水下航行器（AUV）运动过程中引起的拖缆长度变化问题,采用集中质量法建市了拖缆的运动方程,根据刚体动量定理及动量矩定理建赢了拖缆AUV的纵向运动方程,在此基础上补充推导了AUV拖缆运动过程的变缆长边界方程。联市拖缆运动方程、AUV纵向运动方程及边界方程得到变缆长拖缆AUV纵向运动方程。基于此方程,应用4阶Runge—Kutta法对采用相同控制律方程的兀缆及有缆AUV进行了对比运动仿真。仿真结果表明,随着运动过程中拖缆长度的不断增长,拖缆对AUV的作用力不断增大,对AUV各运动参数的影响也不断增大,且对AUV轴向运动速度的影响最为明显。     

AUV载荷分离运动仿真研究

自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicles)是由载荷和运载体组成的一个多体系统,在载荷被释放时要保证其不能和运载体发生碰撞.文中研究了AUV在水下进行分离的运动学、动力学机理,利用多刚体动力学方法,建立了相应的数学模型;考虑分离安全性的要求,对不同初始条件的载荷分离进行了仿真.文中的仿真研究将为AUV载荷分离研究具有重要的工程指导意义.     

一种基于单移动GPS智能浮标的AUV导航方法

针对传统全球定位系统（GPS）辅助自主式水下航行器（AUV）导航的局限性,给出了一种基于单移动GPS智能浮标（GIS）的自主水下航行器（AUV）导航方法。利用超短基线（USBL）原理设计了AUV导航天线,通过该导航天线测量GIS与天线上水听器间的角度和距离,并由两者的向量关系和GIS的坐标位置导出了系统的量测方程。应用标准卡尔曼滤波（KF）解算水听器的坐标,进而求得AUV的位置坐标。仿真结果表明,该导航方法能较好地克服GPS在水下导航中的局限性,具有机动性好、隐蔽性强等优点,研究成果有望为AUV远程精确定位、路径规划和多AUV协同导航等方面提供理论基础。     

水下航行器热动力推进系统数字仿真研究

为满足新型水下航行器燃料流量闭环控制热动力推进系统设计、研制、试验和验证的需求,建立了较为精确的系统数学模型,应用MATLAB/SIMULINK进行高效的模块化仿真建模与仿真试验,得到了不同工况阶段的热动力推进系统各项参数（如燃烧室压强、发动机输出转速和转矩等）的仿真结果,从而可对热动力推进系统在启动、变深及变速等过程中的动态特性进行分析,弥补了目前功率台架试验仅能提供系统稳态特性的不足,为热动力推进系统的可靠性设计及其控制装置的鲁棒性设计提供必要的参考,并可部分替代半实物仿真及台架试验的功能,降低设计和研制成本。     

基于双目视觉的UUV避障半实物仿真系统

由于无人水下航行器（UUV）避障研究的实物海洋试验成本高且风险较大,故针对在试验室进行UUV自主避障规划的需求,利用双目视觉展开了UUV避障半实物仿真试验系统的设计研究,包括多自由度运动台架模拟UUV的运动,双目摄像机代替前视声纳作为避障传感器。阐述了实物双目视觉子系统的关键技术和UUV模型子系统的软件实现方法,以及系统的体系结构、数据交换方法,并进行了基于规则的避障仿真联调试验,结果表明,该系统结构简单,试验实施便利,可作为演示、验证和评估避障路径规划正确性和有效性的实用手段。     

一种降低中型AUV辐射噪声和振动噪声的方法

美国斯克里普斯海洋研究所的海洋物理研究馆(MPL/SIO)购买了一艘由蓝鳍机器人公司生产的奥德赛(Odyssey)Ⅱb中型AUV用于水声研究以及作为其他的研究接收平台。MPI/SIO的研究人员将奥德赛Ⅱb AUV原来的尾翼替换为一个矢量推进的导管式尾翼。利用安装了新型尾翼的奥德赛Ⅱb AUV进行海试时,研究人员发现AUV的自噪声比典型的海洋环境噪声高20~50 dB,因此不能用作低声源级的接收平台。为了描述AUV推进器及驱动装置的辐射噪声和振动噪声,研究人员随后开展了海试,并对奥德赛Ⅱb AUV尾翼的圆锥形推进器进行了改进,从而降低了航行器的自噪声。尾翼改进之后,利用安装在AUV内罩中的水听器进行测量可知,带宽为0.01~10 kHz时,航行器的自噪声等于或低于典型的浅水环境噪声。本文旨在对AUV尾翼的改进情况及尾翼改进对降低自噪声的效果进行描述。     

水下航行器热动カ系统固体药柱燃烧模型与仿真

药柱的几何形状、尺寸和燃烧面积直接决定着水下航行器动力系统的启动特性，也影响着推进剂供应管路的设计，所以对药柱的燃烧特性进行精确建模。在建立药环和2种药柱的燃烧模型的基础上，同时引用其它部件数学模型，建立动力系统启动过程的完整数学模型，并采用Mat-lab进行仿真实验计算，研究2种药柱对启动过程的影响。结果表明，改进后的实心药柱能够很好地改善水下航行器热动力系统启动过程。     

鱼雷热动力推进系统仿真技术展望

传统的设计-试验-修改设计-试验的热动力研究模式已经成为制约热动力鱼雷发展的瓶颈,因此迫切需要开展动力系统仿真技术研究。本文介绍了适用于动力系统的典型仿真软件,分析了近几年来鱼雷动力仿真研究的现状,提出了针对鱼雷动力推进系统的计算机仿真、半实物仿真、虚拟样机等基本仿真研究方法,展望了动力仿真技术的未来发展方向,为新型鱼雷热动力的研发探索新途径。     

基于LQR方法的水下航行器热动力推进系统控制研究

对水下航行器热动力推进系统的非线性模型进行了线性化处理,应用线性二次型控制方法设计了系统的最优控制器,采用极点配置的方法设计了系统的状态估值器。并对系统的恒深变速过程和恒速变深过程进行了仿真计算。仿真结果表明,所设计的最优控制器取得了理想的控制品质,能够大大改善动力系统的性能。     

基于SPW平台的引信系统建模与仿真

在熟悉SPW软件，研究其特性的基础上，对引信系统设计中的建模与仿真进行了初级阶段的研究。提出了一种基于SPW平台的，集引信系统设计、仿真、分析为一体的集成化、智能化的建模与仿真软件的总体框架。从而可以将设计人员从繁重的软件编写工作中解脱出来，避免了重复劳动，节约资金和人力，缩短研制周期等。     

水下涡轮发动机推进系统建模研究

开式循环水下涡轮发动机动力系统本身的结构特点和工作条件决定了其特殊性.针对该系统进行数学建模是系统分析与设计的基础.基于系统物理机理分析和元件特性数据拟合相结合的方法,建立了完整的开式循环涡轮发动机动力推进系统的数学模型,该模型物理意义明确、构成简捷,精度较高,且便于参数调整和编程计算.该模型可应用于动力系统的性能评估和优化设计,同时由于该模型描述了系统的动态过程,是发动机控制系统设计的基础.     

基于Simulink 的上反射镜稳定系统建模与仿真

针对步兵战车在行进过程中,因车体发生俯仰或者水平振动而导致瞄准线偏离瞄准目标,从而影响最终射击精度的问题,建立一种上反射镜稳定系统模型。通过分析上反射镜稳定系统的组成及工作原理,利用Matlab/Simulink模块建立上反射镜稳定系统数学模型,并通过摇摆仿真试验对该模型的战技指标进行仿真验证。仿真结果表明:该模型满足上反射镜稳定系统的技术指标要求,是有效、可信的,能为下一步研究步兵战车行进间的射击精度打下良好的基础。     

基于Mworks的坦克随动系统建模与仿真研究

为准确拟合坦克随动系统的动态特性,优化综合性能,获得更好的控制跟踪效果,建立了坦克随动系统轴间耦合负载非线性动力学数学模型、方位子系统驱动端数学模型、俯仰子系统驱动端数学模型.采用基于Modelica语言的仿真软件Mworks建立坦克随动系统的仿真模型库,并进行仿真研究.结果表明:基于Mworks建立的模型能够准确地对...     

基于航天器动力管路的主动热控控温算法

主动热控系统是航天器的重要环境保障系统之一。随着航天技术的不断发展,航天器在太空所处工作环境愈加严酷,载荷类型愈加多样,对主动热控的控温精度和控温方式提出了越来越高的要求。基于卫星和运载火箭常见的控温对象动力管路为基本模型,对开关式和比例式控温算法进行仿真验证,通过对仿真结果的对比和讨论解决了应对环境突变的问题,为后续高精度的控温策略方案设计提供理论依据。     

基于CAN总线的AUV分布式控制系统

提出了一种基于CAN总线的AUV分布式控制系统架构,设计了主要的执行节点,包括以内嵌CAN控制器的AVR型单片机AT90CAN128为核心的硬件电路和软件设计。试验结果表明,该分布式控制系统具有指令响应速度快、可靠性高、扩展性强、测试性好等优点。