摘要：针对当前水下无人航行器(UUV)或水下自主航行器(AUV)集群任务过程中水声通信隐蔽性不足的问题进行研究(简称UUV集群)。首先建立UUV集群的水声隐蔽通信分析模型,明确影响水声通信隐蔽性因素及实现隐蔽通信的技术途径;然后从工程实际的角度给出一种基于时频空及发射功率控制的UUV集群水声隐蔽通信低截获技术实现方法。采用波束定向、宽带混合扩频/编码通信与变步长发射功率控制等综合措施进行水声隐蔽通信系统设计。性能仿真结果表明,上述方法可大大提升UUV集群的水声隐蔽通信低截获性能。

摘要：为减小乘员手动控制水下运载器上浮减压的安全风险,以水下运载器自动上浮停留减压问题为研究对象,分析水下运载器在水中的一系列减压过程,提出水下运载器自动上浮停留减压需求,基于行为树技术对水下运载器在减压过程中的行为决策进行设计与建模。针对该行为决策模型进行仿真实验,通过仿真实验验证所设计行为树符合预期,为提升水下运载器智能化奠定基础。

摘要：为了实现屏蔽泵离心叶轮轴向力平衡,设计浮动叶轮轴向力自平衡结构,借助全流道三维数值模拟手段,研究浮动叶轮的轴向力平衡作用机理和影响因素.在对数值模拟方法进行试验验证的基础上,开展针对不同工况下叶轮不同轴向位置轴向力的数值计算.数值模拟结果表明,在同一流量工况下,在叶轮浮动范围内,当叶轮向泵入口方向移动时,泵前腔泄漏量减小,扬程和效率增大,且越靠近入口,对泵的性能影响越显著.轴向力呈现先减后增的趋势,在远离入口时方向指向泵入口,在靠近入口时,叶轮轴向力迅速增大,实现反向,指向泵出口,帮助叶轮停止向入口移动,这种轴向力变化趋势可以使叶轮在工作时始终处于浮动状态,实现轴向力自平衡.

摘要：以圆球状浮体为对象,研究尺度、密度比(圆球密度与流体密度比值)对其上浮运动性能的影响。建立静水中圆球上浮运动数值模拟方法,通过与模型试验测试结果对比,验证数值方法的可靠性。通过验证的计算方法对不同尺度和密度比的圆球上浮运动过程进行分析,结果表明:圆球在稳定上浮阶段的阻力系数大致为常数1,不随圆球尺度和密度比变化产生较大变化;若2个圆球满足相似条件且尺度之比为λ,则它们的稳定速度之比和上浮总时间之比大致为λ0.5。本研究通过对圆球上浮运动的计算和分析,寻求不同尺度圆球上浮运动之间的相关性,可为其他结构物上浮运动性能的尺度相关性研究分析提供参考依据。

摘要：利用Fluent软件对某燃气弹射过程进行三维流场数值建模,采用标准的k-ε湍流模型、Simple算法及动网格方法对弹射过程进行仿真计算,并依据计算结果分析弹射过程中的内弹道流场及武器受力特性。提出一种用于降低武器尾部冲击及使推力稳定的优化设计方案,并结合试验对优化方案进行验证,结果表明了优化方案的有效性及CFD计算方法的可靠性。研究成果对于发射装置的优化设计及实现武器安全稳定发射具有一定的指导作用。

摘要：针对目前难以在复杂恶劣的油污粉尘环境中实现对刀具图像的高质量采集和刀具磨损视觉特征的高精检测,对磨损缺失刀刃这一类最为典型且危害最大的刀具磨损开展研究,提出一种采用切削刃重构的刀具磨损视觉检测方法。首先,在数控机床加工台一侧搭建集成了一套具有镜头保护与清洁功能的图像采集装置,用于在机定期自动采集刀具磨损图像;然后,将采集的图像经以太网传输至计算机图像处理系统,利用设计的切削刃重构法对刀具磨损缺失区域进行切削刃重构,以此得到完整刀具图像,进而利用图像差分,将重构后的刀具图像与磨损刀具图像相减,实现刀具磨损缺失区域的自动识别;最后,基于识别的磨损特征测量刀具磨损的评估指标参数值,并判断是否需要换刀。实验结果表明:所提检测方法具有较大优势,解决了油污粉尘机加环境下刀具磨损图像采集困难的难题和难以从图像中分割识别刀具磨损缺失特征的难题,实现了刀具磨损的视觉高精高效检测;与现有的刀具磨损视觉检测系统以及现有的Canny边缘检测法、自适应阈值法等6种图像分割方法相比,所提方法避免了拆卸刀具进行离线显微镜检测和模板匹配的烦琐过程,可进行在机自动检测,同时平均检测准确率至少提升20%。

摘要：针对欠驱动无人水下航行器对目标相对位置保持的需求,提出一种能使相对位置稳定的欠驱动无人水下航行器双环位置控制算法。将航行器的位置控制分解为外环位置环与内环姿态/速度环,位置环输出虚拟控制量并解耦出所需的速度命令与姿态命令,内环跟踪目标速度与目标姿态,对双环分别利用反步法设计控制器,实现欠驱动无人水下航行器的相对位置保持。将其应用到平面轨迹跟踪与编队位置保持上,仿真结果表明该方法能有效地同时实现航行器的平面轨迹跟踪与编队位置保持,保证航行器对目标的相对位置稳定。同时由于在惯性系下设计误差方程,使得位置控制简化为线性系统,相比传统本体系下的轨迹/编队控制更为简洁清晰,实现简单。

摘要：助推系统助推器材时的振动性能对水下航行器安全性等有重大影响,对助推系统振动特性进行研究可以为系统减振降噪设计和系统振动性能评估提供依据。以助推系统为研究对象,首先对变分模态分解方法进行仿真,证明该方法在非平稳信号时频分析中的有效性,仿真结果最大误差为3%。然后将该方法应用于3组实测振动信号的分析。基于所得到的振动信号时频分布,对助推系统振动源的构成情况、振动传递特性进行研究。研究结果表明,系统低频振动源为旋转机械1以及航行器器壁,其中器壁对低频振动贡献度较大。振动传递过程中高频信号衰减速度较快。不同的助推压力对各子系统振动信号的分布没有根本性的影响,在不同工况下最强振动频率值相差10~846 Hz。

摘要：本文提出一种适用于水声通信的信号水印认证方案,在该方案中,假设合法的水声通信双方共享同一套预先设计好的扩频水印标签。首先将该水印信息叠加到OFDM系统的每个子载波上共同传输,该过程不需要占用额外的带宽;然后在水听器端Bob处将该水印标签恢复出来,并与本地共享的水印标签做相关性判决,若两者相关系数大于设定的门限,则判定该数据来源与合法的换能器端Alice,反之来自于非法的换能器端Eve。给出该物理层信号水印认证方案的系统设计方案模型,并基于Matlab软件在BELLHOP信道下进行数字仿真实验分析。当水印嵌入功率系数为0.15时,在水声通信信息误码率和水印恢复误码率进行折中,其认证成功率达到95%以上,最后探讨了该技术未来的发展方向。

摘要：本文针对水下无人系统集群协同探测与目标跟踪,提出基于水面水下跨域基站通信组网UUV集群湖上试验方案和思路。通过研制水下集群控制系统,以及UUV平台尝试加装鱼雷自导并解决加装后平台信息控制、跟踪弹道设计、低速下自导参数确定、跟踪与攻击策略等技术,实现了湖上UUV集群探测与攻击协同试验。湖上通信拉距试验、组网试验、探测与攻击协同试验表明,该方案能够满足至少三节点的集群探测与攻击试验目的,试验实施简单有效,采用的架构和方法亦可用于更多节点的UUV集群试验。