EXPERIMENTAL ESTIMATION OF A SCALING EXPONENT FOR TIP VORTEX CAVITATION VIA ITS INCEPTION TEST IN FULL- ANDMODEL-SHIP

Tip vortex cavitation noise of marine propeller became primary concerns to reduce hazardous environmental impacts from commercial ship or to keep the underwater surveillance of naval ships. The investigations of the tip vortex and its induced noise are normally conducted through the model test in a water cavitation tunnel. However the Reynolds number of model-test is much smaller than that of the full-scale, which subsequently results in the difference of tip vortex cavitation inception. Hence, the scaling law between model-and full-scales needs to be identified prior to the prediction and assessment of propeller noise in full scale. From previous researches, it is generally known that the incipient caivtation number of tip vortex can be represented as a power of the Reynolds number. However, the power exponent for scaling, which is the main focus of this research, has not been clearly studied yet. This paper deals with the estimation of scaling exponent based on tip vortex cavitation inception test in both full-and model-scale ships. Acoustical measurements as well as several kind of signal processing technique for an inception criterion suggest the scaling exponent as 0.30. The scaling value proposed in this study shows slight difference to the one of most recent research. Besides, extrapolation of model-ship noise measurement using the proposed one predicts the full-scale noise measurement with an acceptable discrepancy.     

基于姿态定位算法的水下电缆监测系统

针对海洋科学考察中连接设备的水下电缆无法观测的现状,该文提出了一种基于姿态定位算法的水下电缆监测系统。系统采用两片V,11SCA60单轴倾角传感器对电缆不同位置处的双轴倾角数据进行采集,并通过CAN总线传送到水下主控CPU,数据经打包后由同轴电缆或光电复合缆传送至甲板上位机,通过姿态定位算法在上位机中完成电缆姿态监测。实验证明该系统可准确地定位电缆姿态并能够对危险操作和异常状态及时做出预警,为设备水下投放提供保障。     

有限封闭环境中基于PCA的水声测距方法

有限空间中多途效应严重影响测距的准确性,针对该问题,提出一种基于主成分分析的水声信号测距方法,对信号协方差矩阵进行降维和特征抽取,在保留协方差矩阵信息量的同时抑制多途干扰信号的影响。实验结果表明,该方法能够提高有限封闭液态场环境中水声测距的准确性和稳健性。     

自主式水下航行器三维路径跟踪的神经网络H∞鲁棒自适应控制方法

本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题. 针对此问题, 首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型. 其次, 在控制器设计中运用神经网络H∞鲁棒自适应算法克服了模型的不确定性及扰动, 同时在控制器设计中利用了主导输入的思想, 降低了闭环系统的复杂度, 减少了实时计算工作量, 便于工程应用. 基于Lyapunov理论的分析保证了系统的稳定性. 仿真结果表明, 路径跟踪控制律可以保证AUV沿期望路径运动, 并且具有良好的动态性能.     

具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制

本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性.     

基于权值范围设置的多模型稳定切换控制研究

针对线性加权多模型切换过程中权值难以确定问题,提出了具有Lyapunov函数的多模型稳定切换的充分条件,依据该充分条件可以确定加权多模型的权值范围和快速获取加权因子的取值,实现多模型的平滑切换.所提出的充分条件克服了多模型子系统必须稳定的苛刻条件,通过对自主水下机器人多运动模型切换过程的仿真实验表明,依据权值范围所给定的加权因子能够保证加权多模型切换过程中的渐近稳定性.     

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.     

A new method of mesh simplification for 3-Dimension terrain using Laplace operator

This paper proposes a new method to simplify mesh in 3D terrain.The 3D terrain is presented by digital elevation model.First,Laplace operator is introduced to calculate sharp degree of mesh point,which indicates the variation trend of the terrain.Through setting a critical value of sharp degree,feature points are selected.Second,critical mesh points are extracted by an recursive process,and constitute the simplified mesh.Third,the algorithm of linear-square interpolation is employed to restore the characteristics of the terrain.Last,the terrain is rendered with color and texture.The experimental results demonstrate that this method can compress data by 16% and the error is lower than 10%.     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。     

基于反步法的欠驱动UUV的3维路径跟踪控制

研究了欠驱动无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)在3维空间中的路径跟踪控制器设计及其稳定性分析问题.首先建立2阶积分器形式的欠驱动UUV空间6自由度运动模型和动力学模型.针对该运动模型,以位置误差作为虚拟控制变量,基于反步法(backstepping)设计路径跟踪控制器.根据李亚普诺夫理论,在理论上证明了所设计的路径跟踪控制系统是稳定的.该控制器实现了欠驱动UUV 3维空间的路径跟踪控制.仿真结果验证了控制器的有效性.