空投UUV入水运动仿真

研究空投无人水下航行器(UUV)的入水运动过程仿真问题.针对空投UUV在入水过程中,通常都伴随有空泡,空泡与UUV的相互作用现象较为复杂的特性,根据动量定理和动量矩定理建立了UUV入水过程的运动数学模型,基于Mackey模型建立了UUV入水过程流体动力计算的数学模型,采用计算机仿真的方式对UUV入水过程进行了研究.结果表明,空投UUV入水过程的运动轨迹近视为斜向下的直线,速度越大空泡持续时间越长,可以解决空投UUV的高效入水.     

仿生扑翼UUV流体动力数值计算

仿生扑翼推进方式具有机动灵活、推进噪声低、稳定性好等特点,但由于外形的复杂性,仿生扑翼UUV的流体动力具有很强的非线性,给流体动力特性的研究带来难度。为了研究仿生扑翼的非线性流体动力特性,基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用RNG k-ε模型,建立了仿生扑翼UUV的流体动力计算数学模型,并利用ICEM CFD划分了网格,基于标准CFD软件Fluent对UUV的流体动力特性进行了仿真计算。结果表明,仿生扑翼UUV的流体动力在小攻角下呈线性变化,大攻角下出现非线性特征。     

水下航行器导引仿真系统的三维动画显示

该文利用ＯｐｅｎＧＬ图形库在ＵＮＩＸ环境下实现水下航行器导引规律的３Ｄ动画显示,论述了图形库数据结构、三维几何造型、计算机图形处理和开发软件,给出了水下航行器３Ｄ运动轨迹动画显示的主要源程序及仿真结果,对于复杂物体造型采用简便实用的拓扑点连接法,仿真实验的优良结果表明,水下航行器导引仿真中实现计算呆视化和数据可示化具有很好的直观性和更多的信息量。     

基于MAS的多UUV编队智能优化控制

针对无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)编队航行的实际背景和限制条件,提出了一种基于多智能体系统(MAS)技术的多UUV编队智能控制方法。利用多Agent之间的交互作用,以灵活便捷的方式进行各UUV之间的协同优化,从而实现多个UUV的自主编队航行。考虑到控制器在编队保持中的重要性,对面向UUV编队航行的控制率和实现算法进行了重点研究,设计了UUV编队控制器,并通过仿真实验验证了该算法的鲁棒性和稳定性,最后对多UUV编队智能控制方法进行了仿真验证和分析。     

移动USBL测距辅助的UUV协同导航定位方法

针对无人水下航行器(UUV) 导航精度受惯性导航(INS) 影响较大的问题, 本文提出一种基于无人水面船 (USV)携带超短基线(USBL)对UUV进行移动式辅助导航定位的方法. 文中以USV上高精度INS和全球导航卫星系 统(GNSS)组合后的导航结果作为基准, 利用USBL测量得到的USV和UUV相对位置和姿态信息, 结合UUV的INS误 差方程, 建立了UUV协同导航系统的状态方程和观测方程, 并基于自适应卡尔曼滤波方法对UUV状态进行滤波估 计. 仿真和湖上实验结果表明, 文中所提方法可有效提升UUV导航精度.     

水下航行器导引系统集成化仿真软件设计

该文研究了水下航行器导引系统集成化仿真软件设计的原则和方法,给出了仿真系统的软件结构及其关键的设计技术,并根据这些方法和技术编制出了集成化的仿真软件。     

基于变维卡尔曼滤波的UUV目标运动优化估计方法

为实现无人水下航行器精准、安全的跟踪目标从而高效地实现目标的信息采集,提出了一种针对该个体的目标运动优化估计方法。此方法通过建立目标运动模型,基于卡尔曼滤波基本原理,利用变维卡尔曼滤波的方法,达到UUV个体对目标运动状态准确估计的预期效果。为提高该方法的可行性,在利用最小化目标位置估计协方差矩阵完成目标运动轨迹估计及优化的过程中,考虑实际UUV机动时的最大速度限制、与目标最小距离的限制。文章详细阐述该方法的实现和步骤,并通过仿真实验验证了该优化算法的有效性。     

基于联合仿真技术的UUV发动机动力学研究

为了研究UUV热动力发动机的动力学性能,通过对发动机的剖析,应用UG软件建立了发动机的简化仿真模型,导入ADAMS软件环境中建立了发动机虚拟样机,并利用相关物理试验对样机进行了验证,然后结合MATLAB/Simulink软件建立了具有多个可控外部参数的发动机联合仿真动力学模型。通过联合仿真得到发动机关键部件的运动曲线和不同工况下关键部件之间的相互作用力,指出了降低相互作用力的途径,并联合ANSYS/Ls_dyna对主要传动零件进行了强度校核。仿真结果表明,联合仿真模型具有UUV热动力发动机的特点,对研究各参数与发动机动力学性能之间的关系以及结构优化均具有积极意义,为UUV热动力发动机的设计与改进提供了一种现代化方法和有效的依据。     

UUV导航测速信息的灰色自适应滤波方法研究

针对水下无人航行器UUV（Unmanned Underwater Vehicle）的导航测速数据受海洋环境噪声影响大、处理实时性要求高的问题,提出了一种基于灰色动态预测和数据自适应融合的滤波方法。该方法考虑到UUV的速度在连续变化前提下可能存在的机动性,将基本的静态灰色预测模型改进为灰色动态预测模型,以获得速度数据的近似估计值。然后根据估计值和实际采样值之间的偏差,自适应的调整两者之间的权重系数进行融合,以实现实时的数据滤波。通过对UUV海上试验数据的验证,证明了该方法的有效性。     

欠驱动UUV的空间直线路径跟踪控制

针对欠驱动无人水下航行器(UUV)设计了基于视距导航法的路径跟踪控制方法。采用视距导航法建立欠驱动UUV的路径跟踪误差模型将位置误差控制转换为航速控制、艏向角控制和纵倾角控制,使得路径跟踪问题的输出空间从6个自由度降为3个自由度。对简化的3个自由度设计控制器,并证明了控制器的稳定性。最后以空间平行于x轴的直线为参考路径进行了路径跟踪控制仿真,验证了该方法的有效性。     

高空滑翔UUV气动参数估算与气动特性分析

研究水下航行器,针对无人水下航行器无法同时大幅度提高航速和航程的现状,为优化无人水下航行器气动特性,增强系统的稳定性,提出了高空滑翔无人水下航行器(UUV)总体气动布局进行设计.对气动特性进行分析,根据飞机和导弹气动参数的估算方法,通过类比的方式,对升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数、航向静导数、动导数和操纵导数等主要气...     

双种群粒子群算法及其在UUV路径规划中的应用

提出一种双种群粒子群算法,在粒子进化过程中,具有当前最优位置的种群侧重于局部搜索,而不具有当前最优位置的种群侧重于全局搜索。两个种群在进化过程中受共同的群体最优位置影响进行进化,从而实现信息共享,协调进化。利用几个测试函数对算法性能进行分析验证,并与其他改进算法进行比较,结果表明算法在搜索精度、稳定性以及搜索速度上均优于改进算法。将双种群粒子群算法用于UUV三维空间轨迹规划问题,获得了满意的规划效果。     

基于行为的UUV推进操纵系统异常辨识方法研究

在感知系统正常工作情况下，从行为学的角度出发，对UUV推进操纵系统异常进行辨识。根据UUV动力学方程设计滑模观测器，与传感器获得的信息进行实时比较，监测系统是否发生异常；当推进操作系统发生异常时，根据根据传感器实时获得的UUV位姿速度信息和推进操纵系统空间分布特点，从辨识行为库中匹配特定的辨识行为，实现对异常点的准确定位，再按照设计的模糊规则得到推进操纵系统异常点的危害程度，以采取相应的应急措施。最后，结合UUV右主推及卡舵异常情况，对基于行为的推进操纵系统异常辨识、异常点定位及异常级别判定方法进行了仿真验证。     

UUV群探测系统仿真设计

研究水下航行器(UUV)群协同探测问题,系统用多传感器协同探测,执行警戒、侦察、监视水下航行等作战任务,要求实时快速和准确探测。针对目前水下情况复杂,UUV导航精度低、水声通信误码率大等状态。为解决算法研制与实际结合不紧密的问题,提高UUV群协同探测系统性能,采用GUI函数接口,设计并实现了UUV群协同探测仿真系统。系统可通过可视化界面,用MATLAB平台对UUV群用于多目标的协同探测算法进行仿真。仿真结果表明,仿真系统能够满足UUV协同仿真测试要求,对于UUV群协同探测系统的研制具有重要的应用价值。     

通信延迟下的多UUV协同定位——基于航迹预测的实时更新算法

研究了主从式多无人水下航行器(UUV)协作系统的协同定位方式,并针对协同定位过程中存在的水声通信和探测时延问题,提出了基于主UUV航迹预测的无状态逆推的非等间隔实时更新(ⅡRU)定位方法,用于提高从UUV的协同定位精度.该方法采用统计建模方法对主UUV航迹进行预测,用于从UUV相对距离量测的实时更新,并基于非等间隔滤波...     

基于移动长基线和误差修正算法的多UUV协同导航

在移动长基线（MLBL）定位结构中,虽可利用基于水声传播延迟（TOF）原理获取的量测信息和贝叶斯滤波器（如扩展卡尔曼滤波（EKF））提高低自定位能力无人水下航行器（UUV）的定位精度,但较高的测量误差会降低这种提高的幅度.根据水声通信的特点提出了一种相关性假设并构建了误差修正算法（ECA）,在设定条件下利用误差间的相关性减小量测误差,从而实现量测的粗估计.仿真结果表明,先粗估计量测值再结合贝叶斯滤波器,可显著提高配备低精度自定位传感器的UUV的定位精度.     

基于OFRBF-Elman网络的UUV动力学模型辨识

水下无人航行器(UUV)是具有较强非线性的复杂动态系统,而神经网络具有理论上逼近任意非线性的能力;为了提高UUV的动力学模型精度,运用了基于输出反馈的RBF-Elman(OFRBF-Elman)神经网络的系统辨识方法,即对Elman神经网络进行改进,将网络输出进行延时反馈,作为输入与隐层进行联接;将径向基函数作为隐层节点的激活函数,并以线性最小二乘法调整隐层到输出层的连接权值;然后,将该方法应用于UUV空间六自由度的动力学模型辨识中;最后,通过仿真证明了该网络结构的辨识算法具有很好的逼近能力和快速的训练速度。     

利用sigma点卡尔曼滤波的多UUV协同定位

融合无人水下航行器（UUV）内部航位递推估计和外部量测信息的协同定位方法是一种提高只配备低精度自定位装置的UUV定位精度的有效手段。当协同系统结构固定时,滤波器的选择就决定了精度提高的幅度。针对扩展卡尔曼滤波（EKF）在处理非线性系统时具有较大的截断误差和繁琐的计算,提出了使用sigma点卡尔曼滤波（SPKF）的协同定位方法。与EKF相比,无味卡尔曼滤波（UKF）和中心差分卡尔曼滤波（CDKF）具有更好的鲁棒性,在没有增加计算复杂度的基础上进一步提高了UUV的定位精度。仿真比较了采用不同滤波算法的协同定位方法提高定位精度的效果,验证了利用sigma点卡尔曼滤波的多UUV协同定位方法的有效性和一致性。     

基于非线性迭代滑模的欠驱动UUV三维航迹跟踪控制

为实现欠驱动无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle, UUV)在未知海流干扰作用下的三维航迹跟踪控制, 提出一种基于工程解耦思想设计的非线性迭代滑模航迹跟踪控制器. 基于虚拟向导的方法,建立UUV空间航迹跟踪误差方程;采用迭代方法设计非线性滑模控制器, 无需对UUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,避免了舵的抖振现象以及减小了稳态误差与超调问题. 仿真实验表明,设计的控制器对欠驱动UUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感、 且设计参数易于调节,可以实现三维航迹的精确跟踪.     

基于海洋能的无人水下航行器能源发电装置设计

针对无人水下航行器在水下长时连续工作对能源的需求,提出了一种由两级转换系统构成的海洋动能发电装置方案,该装置可直接将海洋动能传递给发电机,去掉了中间的能量传递环节,可有效减小结构体积、提高系统的转换效率.基于永磁发电机基本原理和刚体绕定轴转动定律,建立了飞轮动能与电机输出电压的关系模型,结合项目组研制的海洋动能发电装置...