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2023,6(2):120-132, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.001
Abstract:
海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段，是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升，进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中，人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面，讨论经典方法的局限性，回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展，重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路，并展望了该领域未来的发展方向。
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孙大军，吕云飞，师俊杰，梅继丹，滕婷婷，兰华林，靳建嘉，张洪彬
2023,6(2):133-144, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.002
Abstract:
声学滑翔机是一类搭载声学观测设备的自主式无人水下航行器，是无人水声观测设备中的重要组成部分。声学滑翔机可以在复杂恶劣的海洋环境下对一定海域进行全方位、全天候、长时间的持续监测。 首先对声学滑翔机的国内外技术现状及在海洋中的应用进行总结，随后对声学滑翔机的关键技术进行了分析， 重点论述了声学滑翔机声学设备搭载技术、减振降噪技术及小尺度阵信号处理技术，最后给出了声学滑翔机未来的发展趋势。
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2023,6(2):145-154, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.003
Abstract:
水下滑翔器和波浪能滑翔器由于其低能耗、长航时、灵活机动的特点，被广泛应用于海洋观探测任务中。单一滑翔器无法满足海洋任务多样性、复杂性的需求，借助水声通信技术可将水下滑翔器和水面波浪能滑翔器的优势相结合，构成异构体滑翔器编队体系结构，建立跨介质信息传输链路，扩展滑翔器的作用范围和监测能力。简要介绍了水声通信技术的研究现状、常用算法及其优劣，综述了异构体滑翔器水声通信技术研究与应用国内外现状，探讨了异构体滑翔器水声通信技术难点和未来研究趋势。对异构体滑翔器水声通信和组网的研究与应用具有重要价值。
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2023,6(2):155-161, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.004
Abstract:
针对水下小目标探测与识别难的问题，开展基于侧扫声呐的声呐图像滤波、图像分割及目标提取方法研究。常规滤波方法难以有效清除图像中存在的噪声，从而造成图像质量下降。采用非局部均值滤波算法与 GPU 加速的方法，在获得声呐图像较好处理效果的同时，满足水下小目标检测实时性的要求；同时， 采用膨胀算法与 Canny 边缘检测算法相结合的方式，实现了水下真假目标的有效区分。
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2023,6(2):162-166, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.005
Abstract:
提出并定性分析了海洋环境对水雷作战效能的影响，提出了构造模糊隶属函数，归一量化描述不同环境参数；采用层次分析法构建水雷作战效能指标参数，建立水雷作战效能与海洋环境参数之间的关联和层次结构，构造环境参数到水雷效能的训练样本；采用机器学习方法对海洋环境影响下水雷作战效能进行评估。通过实例，给出了水雷作战效能量化评估过程。
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2023,6(2):167-174, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.006
Abstract:
海洋观测仪器是实施海洋观测活动的基础，其性能影响海洋观测数据的准确性和海洋观测活动的质量。按照不同观测平台对海洋观测标准体系进行分类，梳理了海洋观测要素及其仪器有关的基本参数； 根据海洋观测活动的特点列出了海洋观测仪器的一般技术要求，有助于推进海洋观测仪器应用的标准化工作。 从海洋观测仪器的检定校准和现场比测 2 方面整理了海洋观测数据的质量控制方法，为提高海洋观测数据质量提供支撑。
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2023,6(2):175-185, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.007
Abstract:
采用计算流体力学(Computational fluid dynamics，CFD)的方法，计算 3 种不同定转子间距的泵喷推进器模型，探究了定转子间距对泵喷推进器的推进性能及流场的特性影响。结果表明：定转子间距主要影响其扭矩平衡的效果，间距越大扭矩平衡效果越差；随着进速系数的增加，后置定子的扭矩会超过转子扭矩，使泵喷推进器处于“超平衡”状态；分析了定转子间的切向和径向速度场的分布特性，以及转子表面压力分布特性；后置定子上下表面的压力差，是其产生扭矩的主要原因，定转子压力差在定子的中间部分达到最大；定子的上下表面压力差随着间距的增加而减小。采用粒子图像测速(Particle image velocimetry，PIV) 实验方法验证了数值模拟方法的准确性，研究结果可为泵喷推进器的设计及其流场特性分析提供基础。
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2023,6(2):186-197, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.008
Abstract:
南海上层海洋温度垂向结构对海洋气候研究及海洋防灾减灾具有重要意义，然而由于现场观测数据有限，很难获取高时空分辨率的网格化数据。基于 2007–2021 年的 Argo 剖面数据、海面高度异常数据和月平均气候态数据，评估了两层动力模型和多层回归模型在南海海区反演海洋温度结构的性能。两层动力模型反演得到的 26 ℃(D26)与 20 ℃(D20)等温线深度的均方根误差分别 13.25 m 和 21.12 m，多层回归模型的 D26、D20 均方根误差分别 11.55 m 和 14.32 m。通过对比 2 种模型的结果：多层回归模型在时间与空间上反演结果性能更佳。2 种模型反演的南海上层海洋热含量空间分布较为一致，均能应用于台风“威马逊”的强度评估；然而，在南海特殊的强内潮的背景下，2 种模型得到的 D20 性能都有所降低。
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2023,6(2):198-208, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.009
Abstract:
水下滑翔机作为一种新型移动观测平台，可以对热带气旋过境期间引发的海洋响应进行全方位的观测，利用获取的观测数据能够进一步增强台风预报的准确性。从水下滑翔机相较于其他热带气旋观测方式的优势展开，基于“海燕”系列水下滑翔机观测到的台风“天鸽”(Hato)引起的海洋温盐异常历史数据， 并结合同期卫星的观测数据和 JMA(Japan Meteorology Agency)最佳台风路径数据库，分析研究水平和垂直方向上的海洋温盐异常响应。验证了 4 台“海燕–II”水下滑翔机具有对 2017 年台风“天鸽”引起的海洋响应进行精细化剖面观测的能力，可以完整捕捉台风过境引起的垂直混合现象以及降雨对其观测区域内盐度变化的影响，并分析水下滑翔机观测数据得出台风期间海洋响应的程度与其距离台风的位置有关，即台风期间水下滑翔机观测海域与台风路径距离越近，其温盐异常变化越明显，并且台风路径右侧海域相较于路径左侧海域的温度异常幅度更大。
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2023,6(2):209-214, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.010
Abstract:
水下无人集群的作战运用与相关技术研究方兴未艾，水下无人集群协同态势生成是水下无人集群作战的基础，是水下无人集群协同决策和协同打击的重要前提。此外，水下无人集群作战效果的评估也需要通过对战场态势的再认知来评价。从水下无人集群的作战使用出发梳理了水下无人集群态势生成的需求， 分析了在态势生成过程中态势要素表示、目标识别、态势推理以及群体认知等方面面临的主要困难，最后针对性地提出了技术路线和实现路径，为后续更深入和广泛的研究提供了思路。
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2023,6(2):215-240, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.011
Abstract:
由于水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)具有高速率、低延迟和高保密性等优势，成为了水下无线通信的潜在应用。针对 UWOC 系统的模型及研究现状进行了简要的总结，重点阐述了 UWOC 系统所用到的关键技术，包括光源的选择、调制编码、探测、信道建模等关键技术， 并介绍了一种 UWOC 系统的设计方案。最后针对实现水下长距离通信和高速率传输等问题，总结了 UWOC 未来的发展趋势及所面临的挑战，为 UWOC 将来的发展方向及实用化提供了参考。
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2023,6(2):241-245, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.012
Abstract:
有人–无人协同作战是未来体系作战的必然趋势，UUV 作为当今世界主要海军国家重点发展的水下作战装备，已经被广泛应用到水下战场，潜艇与 UUV 协同作战将成为全新的水下作战样式。结合潜艇单平台作战存在的弱点，研究了潜艇与 UUV 协同探测、攻击、防御等典型作战任务，围绕战场态势评估对目标运动要素解算的快速性、隐蔽性与安全性要求，提出了基于目标位置线的运动要素协同解算方法。
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2023,6(2):246-250, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.013
Abstract:
潜航器对推进电机的可靠性和体积提出了苛刻的要求，研究采用无位置传感器技术实现驱动器、 电机和螺旋桨一体化的集成电机推进(IMP)系统，能够缩小电推进系统体积、提高系统的可靠性。在垂直推进系统中，潜航器定深工作时对电机系统的动态响应具有较高的要求。为提升永磁同步电机无位置控制下的转速响应，采用双 dq 坐标切换策略将 IF 起动和滑模观测器(SMO)相融合，改善了起动的平滑性并缩短了起动时间，对比实验验证了方案的有效性。
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2023,6(2):251-256, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2023.02.014
Abstract:
从扫雷装备的轻小型化发展需求出发，结合高温超导磁体的特点，分析了高温超导磁体技术用于扫雷领域的技术优势，介绍了国外高、低温超导扫雷技术的发展状态和我国高温超导技术的应用现状，提出了发展我国高温超导扫雷磁体系统的方案设想，并对其系统构成、抗冲设计和使用与保障问题进行探讨， 提供了一种解决扫雷装备轻小型化难题的技术途径。
2023年第6卷第2期
“海洋观探测技术与装备”专题
研究与应用
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基于贝叶斯网络的潜艇战损抢修优先权的研究
Abstract:
潜艇在作战过程中遭受战场损伤，会对潜艇的作战效能造成不良影响。正确处置战场损伤，迅速恢复作战效能，对于潜艇有效履行使命具有十分重要的意义。战损抢修讲究的是在最短时间完成抢修工作、恢复装备运行，利用贝叶斯网络具有对不确定性问题的处理能力，可以有效明确战损抢修优先权，弥补潜艇战损抢修决策不一致所带来的时间损失。本文主要是将潜艇上的系统设备按照相互影响关系进行网络连接，构建潜艇装备贝叶斯网络模型。通过计算各系统设备遭受破坏时，对潜艇作战态势下的影响程度，确定该系统设备的战损抢修优先权。由此可以编排出各类应急处置行动的先后顺序，提高战损抢修的效率。
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基于深度学习的声呐图像目标检测系统
Abstract:
声呐图像目标检测是实现水下勘探、海底救援、敌对目标侦查等任务的重要环节，深度学习相关技术的突破为该领域的发展带来了新的机遇。基于深度学习的声呐图像目标检测算法性能优于传统方法，然而相关的系统性研究与应用仍然不足。鉴于此，利用深度学习模型数据驱动的优势设计了一种声呐图像目标检测系统，以满足实际应用对系统精度、速度、可移植性、可扩展性、部署环境的需求。该系统由数据集生成、算法模型训练与测试、模型部署应用三个子系统组成，应用于水下可疑目标探测任务，实验结果表明所实现的目标检测系统在测试数据上和实际应用中均具有良好的性能。
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水下主动电场探测阵列布置及成像方法的研究
水下主动电场探测阵列布置及成像方法研究杨汶洁, 彭杰钢, 徐林, 王家琦
Abstract:
随着人们对海洋资源的不断开发，水下探测技术的所需要求越来越高，为了综合解决水下黑暗复杂环境快速探测成像需求及装置安装便捷性问题，对一种水下主动电场探测阵列布置及其成像方法进行了研究。主要依据水下主动电场定位探测原理，仿照弱电鱼探测活动进行阵列布置，通过搭载发射电极与接收电极阵列模仿弱电鱼电场发射器官与电场接收器官实现目标探测。使用FFT 处理信号得到各接收电极的幅值，通过差分得到水下阵列接收信号的强度变化，再运用插值算法画出阵列强度图从而对目标物体进行二维成像。实验对不同形状的金属物体进行探测并成像，验证了方法的可行性与有效性。
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金枪鱼体后行波壁减阻机制研究
Abstract:
鱼类在游动过程中经常出现行波壁，控制圆柱体或翼型的行波壁可以抑制大规模的分离流动，以减少阻力，而行波壁对鱼类游动性能的影响机制尚不清楚。本文以金枪鱼游动为基础，耦合行波壁本文采用锐利界面浸没边界法（IBM）解决摆动过程带来的大变形运动边界问题，以了解行波壁对金枪鱼游动的影响机制。结果表明行波壁的出现改变了金枪鱼体后涡的形成和发展，进而改变了摩擦阻力和压差阻力的分布，实现了减阻。本文研究的行波壁减阻机制将来应用于仿生机器鱼的研制，并随着智能材料的发展，在实际应用过程中体现其意义。
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反鱼雷鱼雷武器发展现状及作战使用研究
Abstract:
反鱼雷鱼雷（Anti-torpedo torpedo，ATT）作为一种可主动搜索并拦截多种制导类型来袭鱼雷的硬杀伤武器，毁伤概率高，成为各国水下防御的重要发展方向。文章在介绍现有鱼雷制导类型和各种鱼雷防御手段特点的基础上，指出了ATT武器的优势，整理了国外ATT武器发展现状，详述各国ATT武器的发展历程和基本特点。最后对ATT武器的作战使用开展研究，仿真分析不同条件下ATT对来袭鱼雷的拦截概率，为开展ATT武器研制及其作战使用研究提供支撑。
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两步SVD在极低频电场透地通信中的应用
Abstract:
在极低频电场透地通信中，通常同步采集两个互相垂直的电场水平分量。当收发距较大时，采集获得的电场数据往往具有较小的信噪比，接收信号严重受到噪声的干扰，所传递的信息不清晰，甚至错误。因此，当在极低频电场透地通信数据信噪比较低时，需要对其进行滤波处理，压制噪声成分，提高数据的质量。本文提出了一种两步奇异值分解滤波方法，该方法第一步压制极低频电场透地通信数据中较强的噪声，第二步在第一步的基础上继续压制数据中残留的噪声。将该方法应用到漳河水库湖上极低频电场透地通信数据中，处理结果表明，该方法可以有效改善各接收点电场数据的质量，极大地提高了数据的信噪比。
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衡重参数对水下航行体铅垂面机动特性影响
Abstract:
掌握衡重参数对水下航行体机动特性影响对结构布局与总体方案设计极有帮助。针对铅垂面机动问题，建立了经过试验验证的回转外形航行体水下运动动力学模型，获得了不同衡重参数匹配关系下的机动弹道特性，分析了衡重参数及控制策略对机动性能的影响规律。研究发现，综合考虑机动方向等因素利用重力矩增大可用舵角是改善机动特性的关键。对铅垂面内向上机动，使质心位于浮心后方较远处，配合短时无控策略能够显著提升机动性能。
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近水面有限长谐振动圆柱的远场声学模型研究
Abstract:
本文提出了求解近水面有限长谐振动圆柱远场声学特性的解析方法。首先，基于镜像原理，以假定的虚源考虑自由液面影响；再结合Graf加法定理，将虚、实源各声压项进行合并，转换到波数域后，得到声压的简洁显示表达式；最后，重要指标—远场辐射声压则可利用稳相法进行求取。根据所需研究的声学成分，提出了对应的数学物理模型，有利于深入研究自由液面和结构表面互散射机理。研究结果表明，自由液面的影响可归纳总结为类偶极子效应，且该效应对辐射声与散射声计算结果均有显著影响，但二者除相似传播规律外还存在不可忽视的相位差；散射声压随次数增大将以固定倍率衰减，且衰减速率与圆柱壳的浸没深度成正比，但与壳体表面谐振动激励频率成反比。
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基于改进近似模型的水下鱼雷打靶快速预报方法
Abstract:
鱼雷打靶试验对评价武器系统对目标的打击性能具有重要意义。水动力参数是模拟鱼雷水下运动轨迹、预报鱼雷打靶落点的关键参数。随着现代CFD技术的发展，采用数值方法获取水动力参数，提高了轨迹预报精度，但计算效率不高，不利于多工况下鱼雷打靶预报。本文首先基于刚体动量和动量矩定理建立了鱼雷的水下运动方程组，运用4阶龙格-库塔(Runge-kuta)法对运动方程组进行数值求解，对鱼雷水下轨迹进行模拟，从而获取鱼雷打靶性能。然后提出了基于遗传算法的近似模型(GA-BP)和自适应遗传算法优化的近似模型(AGA-BP)模拟鱼雷水下打靶落点，对鱼雷打靶性能进行快速预报。通过仿真和数据对比，结果表明AGA-BP预测模型相对于BP预测模型更稳定、GA-BP预测模型收敛速度更快，实现对鱼雷水下打靶快速预报。
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基于生成对抗网络的声呐图像超分辨率算法
Abstract:
由于受到复杂水声信道影响,侧扫声呐生成图像一般存在分辨率低、细节模糊等问题,这给基于侧扫声呐图像的小目标检测与识别过程带来了一定难度。常见的图像超分辨率处理算法大致可以分为插值算法、稀疏表示的重建算法等。传统插值算法存在图像边缘模糊,细节不清楚的问题,本文提出了一种改进型超分辨率生成对抗网络(SRGAN)结构,该结构可在保留图像中的小目标细节的基础上提升细节特征显示度,并且可使目标边缘更加清晰,可为后续的小目标检测和识别在一定程度上提供技术支持。
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单舰双声纳对鱼雷交叉定位误差分析
Abstract:
目前鱼雷武器仍是水面舰艇在未来战场上的主要威胁之一，而鱼雷位置信息的获取对鱼雷防御具有至关重要的作用。随着声纳探测系统性能不断提升，舰壳和拖曳式声纳也可在较远距离上探测到来袭鱼雷方位信息,因此基于双声纳测向信息可以对鱼雷位置进行交叉定位。通过建立典型测量误差下的误差空间分布模型，仿真分析了常规交叉定位算法目标定位误差空间分布情况。针对测向方位这一主要定位误差影响因素，提出了基于测向方位滤波的交叉定位算法。动态场景下的仿真结果表明该算法可以有效提高鱼雷目标定位精度。该研究可为利用单舰双声纳系统对鱼雷目标进行定位提供依据。
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二维透声窗遮挡损失计算方法研究
Abstract:
为了水下探测和声对抗，舰艇艏部舱室通常安装主动声呐设备，声呐发射声波经由透声窗向外传播，因此，开展透声窗声学特性的相关研究具有重大现实意义。为解决实际工程中透声窗透声性能计算较困难这一问题，一种用于快速预报透声窗的遮挡损失的解析-数值混合方法被提出。该方法用球谐波展开法和叠加原理求解阵列活塞声源声场，得到声激励下透声窗模型表面的声压和法向振速，进而利用COMSOL的Kirchhoff-Helmholtz模块通过再辐射的方法求解模型的遮挡损失。最后，建立了一个二维透声窗模型，分别采用解析-数值混合方法和纯有限元法计算了其全方位的遮挡损失，验证了该方法的准确性、有效性
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[ ]水下大型航行体远场低频声学特征提取鉴别方法综述
Abstract:
针对水下大型航行体的小样本远场低频特征提取与鉴别问题，本文从三个方面综述了目前国内外小样本低频特征提取与鉴别的传统方法和智能方法。时频域单独、时频域结合和视听感官特征提取的传统方法需要一定的先验知识与假设，易受环境干扰；专家系统、统计类方法和BP神经网络等早期的智能方法存在可移植性差、学习能力差、上限低、梯度消失等问题；深度置信网络（DBN）、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、自编码器（AE）神经网络、生成对抗网络（GAN）、迁移学习深度网络等深度智能方法对先验知识依赖度低，可以提取深度不变特征，较其他方法更稳定，识别精度更高，但是也存在依赖数据量、可解释性不足的缺点。未来，传统方法与智能方法更深度的互补融合有望减少当前方法对数据量的依赖，提高深度特征的可解释性。
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具有非线性能量阱的双层隔振系统抗冲击分析
Abstract:
近年来，非线性能量阱（NES）以其宽频减振、鲁棒性好等优点被广泛应用于隔振抗冲领域。本文针对船舶隔振装置受到冲击载荷作用时，建立了具有非线性能量阱的双层隔振系统动力学模型。利用三折线冲击谱来模拟基座受到的冲击波，并通过Runge-Kutta法计算系统的瞬态响应。通过能量分析法讨论了非线性刚度、阻尼系数、附加质量对设备的抗冲击效果的影响。计算结果表明：非线性能量阱性能良好，在最优参数范围内，可显著降低设备的冲击能量，控制残余振动。
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超空泡滑行力模型的几点思考
Abstract:
国内外许多研究超空泡的论文中,经常会引用Paryshev的滑行力模型,但是在引用时出现两个现象,一个是引用的模型虽然在数学形式上基本相同,但是在细节上有各种变体,其中一些是符号抄错的数学表达式,也被误认为是一种新模型。另一个是看到Paryshev模型的数学形式中仅包含航行体尾部最后截面的参数,因此误认为Paryshev模型只研究了尾部截面的受力而没有考虑全部浸湿面上的受力。显然,如果在Paryshev模型的“误解”基础上开展对弹道、稳定性及控制方法等研究,就有可能包含从“误解”而得到的“新发现”,导致对超空泡的研究带来弯路。为了澄清Paryshev模型的关键点及其物理意义,这里对Paryshev等学者的研究思路进行了梳理,以一种较易理解的简洁方式,推导了定常滑行力的解析表达式,并直接给出了对飞溅水花的修正,最后指出了模型的改进方向。
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基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标探测
Abstract:
磁场异常探测是隐蔽目标探测领域一项重要的探测技术，磁传感器技术的进步促使磁矢量探测成为当前热点。然而有关矢量磁异常的目标定量探测方法讨论较少，关于磁矢量探测与磁标量探测的差异性众说不一，存在巨大争论。基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标精确探测方法，讨论磁标量探测与矢量探测的差异性，并通过仿真实验与实际案例讨论了矢量磁异常的探测效能。研究表明，矢量磁异常三维成像能够更准确的探测隐蔽目标的三维空间分布与目标磁性特征，能够为隐蔽目标位置圈定以及目标类型识别提供依据。
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基于改进Super-Twisting滑模与干扰观测器的X舵AUV控制方法
Abstract:
本文以X舵智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle-AUV)为研究对象，提出了一种改进Super-Twisting滑模与非线性干扰观测器结合的AUV控制方法。首先，对AUV进行了运动学、动力学以及X舵分配进行了建模；之后，按照Super-Twisting理论设计了AUV控制器；然后，考虑到原算法中符号函数引起的控制输出抖振现象，提出了基于Sigmoid函数的改进Super-Twisting控制器，考虑到未建模动态以及外部环境干扰，设计了非线性干扰观测器对集总干扰进行补偿；最后，通过仿真验证了所提控制器的有效性，仿真表明，在干扰影响条件下，所提方法能够在大幅降低输出抖振并保证良好的控制精度。
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水陆两栖无人平台技术研究进展
Abstract:
水陆两栖平台是一种既可以在陆上行驶又可以在水中航行的特种装备,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。随着近年新域新质无人化装备的深化和智能化技术的发展,水陆两栖无人平台成为世界强国竞争发展的新高地。本文回顾并分析了近年水陆两栖无人平台及其关键技术的研究进展,根据推进模式将水陆两栖无人平台分为轮/履式水陆两栖无人平台、复合式水陆两栖无人平台和仿生式水陆两栖无人平台3大类,按照分类归纳了水陆两栖无人平台的典型样机及其参数。梳理了未来水陆两栖无人平台发展的关键技术,为开展水陆两栖无人平台的研究提供借鉴。
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南海上层海洋温度垂向结构的反演
Abstract:
南海上层海洋温度垂向结构对海洋气候研究及海洋防灾减灾具有重要意义，然而由于现场观测数据有限，很难获取高时空分辨率的网格化数据。基于2007-2021年的Argo剖面数据、海面高度异常数据和月平均气候态数据，评估了两层动力模型和多层回归模型在南海海区反演海洋温度结构的性能。两层动力模型反演得到的26℃(D26)与20℃(D20)等温线深度的均方根误差分别13.25m和21.12m，多层回归模型的D26、D20均方根误差分别11.55m和14.32m，通过对比两种模型的结果：多层回归模型在时间与空间上反演结果性能更佳。两种模型反演的南海上层海洋热含量空间分布较为一致，均能应用于台风“威马逊”的强度评估。然而，在南海特殊的强内潮的背景下，两种模型得到的D20性能都有所降低。
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水下无人集群协同态势感知技术要点初探
Abstract:
水下无人集群的作战运用与相关技术研究方兴未艾,水下无人集群协同态势生成是水下无人集群作战的基础,是水下无人集群协同决策和协同打击的重要前提,对水下无人集群作战效果的评估也要通过对战场态势的再认知来评价,对整个作战过程极为重要。文章从水下无人集群的作战使用出发梳理了水下无人集群态势生成的需求,分析了在态势生成过程中态势要素表示、目标识别、态势推理以及群体认知等方面面临的主要困难,并针对性的提出了技术路线和实现路径,为后续更深入和广泛的研究提供了思路。
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浅谈海洋观测仪器的通用技术要求
Abstract:
海洋观测仪器是实施海洋观测活动的基础，其性能影响海洋观测数据的准确性和海洋观测活动的质量。按照不同观测平台对海洋观测标准体系进行分类，梳理了海洋观测要素及其仪器有关的基本参数；根据海洋观测活动的特点列出了海洋观测仪器的一般技术要求，有助于推进海洋观测仪器应用的标准化工作。其次从海洋观测仪器的检定校准和现场比测两方面整理了海洋观测数据的质量控制方法，为提高海洋观测数据质量提供支撑。
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高速射弹小角度入水弹道特性分析
Abstract:
为了研究高速射弹小角度入水空泡发展与弹道特性，开展了入水角度为20°时的高速入水试验研究。高速射弹由空气炮加速获得入水初速，利用高速摄像实现对入水空泡形态的记录，由内测单元记录射弹入水过程的运动参数。试验发现，入水初期形成了光滑透明的空泡，射弹以超空泡状态近直线弹道运动;由于横滚角速度和俯仰角速度的存在，射弹入水后形成了尾拍+旋转滑水耦合运动特征；基于VOF多相流模型和空化模型，结合动网格技术，对试验工况进行数值仿真。结果表明：仿真获得的空泡形态、弹道特性与试验结果吻合度高，该方法可有效预报入水弹道。
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浅海未爆弹磁异常探测和定位技术
Abstract:
以海底未爆弹作为待测目标物,对其建立了偶极子磁异常探测模型,应用正交基检测算法(Orthogonal Basis Functions,OBFs)对获取的磁信号进行弱磁信号提取。结合GPS经纬度信息,提出处理海底磁异常数据的数据融合过程,然后创建地磁图来定位可疑的未爆弹(Unexploded Ordnance ,UXO)。通过仿真对算法处理流程进行分析。首先,利用有限元模拟方法对未爆弹在地磁背景下所产生的磁异常进行建模,然后模拟实际当中的空间采样过程,得到观测区采样信号图。通过插值的方法进行磁场的重构,最后获取异常源的位置信息。在未爆弹实际探测中,原始磁异常信号信噪比14.34dB。对原始磁异常数据进行滤波、正交基算法检测,信噪比20.04dB,显著提高了5.7dB。最终利用地磁图确定可能存在的未爆弹的经纬度位置。结果显示目标探测准确率达到100%,虚警率为零。该研究验证了磁异常探测在浅海掩埋未爆弹探测和定位的准确性和可靠性。
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水下无线光通信中关键技术的研究与进展
梁静远, 王醒醒, 李征, 张晓丹, 宋鹏, 赵黎, 柯熙政
Abstract:
由于水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication, UWOC)具有高速率、低延迟和高保密性等优势，成为了水下无线通信的潜在应用。本文针对UWOC系统的模型及研究现状进行了简要的总结，重点阐述了UWOC系统所用到的关键技术，包括光源的选择、调制编码、探测、信道建模等关键技术，并介绍了一种UWOC系统的设计方案。最后针对实现水下长距离通信和高速率传输等问题，总结了UWOC未来的发展趋势及所面临的挑战，为UWOC将来的发展方向及实用化提供了参考。
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基于水下滑翔机观测的台风“天鸽”过境 海洋响应研究
Abstract:
水下滑翔机作为一种新型移动观测平台，可以对热带气旋过境期间引发的海洋响应进行全方位的观测，利用获取的观测数据能够进一步增强台风预报的准确性。文章从水下滑翔机相较于其他热带气旋观测方式的优势展开，基于“海燕”系列水下滑翔机观测到的台风“天鸽”(Hato)引起的海洋温盐异常历史数据，并结合同期卫星的观测数据和JMA(Japan Meteorology Agency)最佳台风路径数据库，分析研究水平和垂直方向上的海洋温盐异常响应。本文工作验证了4台“海燕-II”水下滑翔机具有对2017年台风“天鸽”引起的海洋响应进行精细化剖面观测的能力，可以完整捕捉台风过境引起的垂直混合现象以及降雨对其观测区域内盐度变化的影响，并分析水下滑翔机观测数据得出台风期间海洋响应的程度与其距离台风的位置有关，即台风期间水下滑翔机观测海域与台风路径距离越近，其温盐异常变化越明显，并且台风路径右侧海域相较于路径左侧海域的温度异常幅度更大。
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异构体滑翔器水声通信技术研究现状和发展趋势
Abstract:
水下滑翔器和波浪能滑翔器由于其低能耗、长航时、灵活机动的特点，被广泛应用于海洋观探测任务中。单一滑翔器无法满足海洋任务多样性、复杂性的需求，借助水声通信技术可将水下滑翔器和水面波浪能滑翔器优势相结合，构成异构体滑翔器编队体系结构，建立跨介质信息传输链路，扩展滑翔器的作用范围和监测能力。本文简要介绍了水声通信技术的研究现状、常用算法及其优劣，综述了异构体滑翔器水声通信技术研究与应用国内外现状，探讨了异构体滑翔器水声通信技术难点和未来研究趋势。本文对异构体滑翔器水声通信和组网的研究与应用具有重要价值。
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定转子间距对泵喷推进器推进性能及流场特性的影响
Abstract:
本文采用计算流体力学（CFD）的方法，计算三种不同定转子间距的泵喷推进器模型，探究了定转子间距对泵喷推进器的推进性能及流场的特性的影响。结果表明：定转子间距主要影响其扭矩平衡的效果，间距越大扭矩平衡效果越差；随着尽速系数的增加，后置定子的扭矩会超过转子扭矩，使泵喷推进器处于“超平衡”状态；分析了定转子间的切向和径向速度场的分布特性，以及转子表面压力分布特性；后置定子上下表面的压力差，是其产生扭矩的主要原因，定转子压力差在定子的中间部分达到最大；定子的上下表面压力差随着间距的增加而减小。本文采用PIV实验方法验证了数值模拟方法的准确性。本文的研究结果可为泵喷推进器的设计及其流场特性分析提供基础。
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人工智能辅助的海洋立体观测与探测
Abstract:
海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。本文从海洋立体观测和探测两个方面,讨论经典方法的局限性,回顾AI辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述AI辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。
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浅海未爆弹磁异常探测和定位技术
Abstract:
以海底未爆弹作为待测目标物,对其建立了偶极子磁异常探测模型,应用正交基检测算法(Orthogonal Basis Functions,OBFs)对获取的磁信号进行弱磁信号提取。结合GPS经纬度信息,提出处理海底磁异常数据的数据融合过程,然后创建地磁图来定位可疑的未爆弹(Unexploded Ordnance ,UXO)。通过仿真对算法处理流程进行分析。首先,利用有限元模拟方法对未爆弹在地磁背景下所产生的磁异常进行建模,然后模拟实际当中的空间采样过程,得到观测区采样信号图。通过插值的方法进行磁场的重构,最后获取异常源的位置信息。在未爆弹实际探测中,原始磁异常信号信噪比14.34dB。对原始磁异常数据进行滤波、正交基算法检测,信噪比20.04dB,显著提高了5.7dB。最终利用地磁图确定可能存在的未爆弹的经纬度位置。结果显示目标探测准确率达到100%,虚警率为零。该研究验证了磁异常探测在浅海掩埋未爆弹探测和定位的准确性和可靠性。
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水下图像目标检测研究综述
Abstract:
在海洋开发的环境下,水下物体探测技术得到广泛应用,随着水下机器人与计算机技术的发展,该技术越来越受到研究人员的重视。根据当前的水下图像目标检测研究进展,简要介绍水下图像目标检测流程(即图像采集,图像的预处理,以及图像检测的方法),对总结发展现状、发现技术的不足及挖掘未来的研究方向有重要意义。针对基于光学图像的水下目标识别问题,论述了图像采集,图像的预处理,以及图像检测等方面的主要进展,阐述了基于深度学习实现水下图像目标识别的技术发展现状。通过对水下目标处理过程的讨论和分析,指出水下图像目标识别领域中需要解决的问题,并预测该领域技术发展趋势。
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基于联合生成-去除的水下图像增强方法
Abstract:
现有的基于深度学习的水下图像增强方法在仿真的水下图像上取得了良好的效果。但是,由于简化的仿真图像与复杂的真实图像之间存在较大差距,此类方法在处理真实水下图像时性能明显下降。为了解决真实水下图像增强问题,提出了一种联合生成-去除水下图像增强方法。该方法采用分解思路,将水下图像分解为干净的背景层和退化层,通过循环一致性损失和对抗性损失来更好地保留背景,进而实现真实图像和仿真图像之间的转换,既校正了图像颜色,又提升了图像对比度,实现良好的增强效果。实验结果表明,本方法在真实水下图像数据集上处理的结果,在色彩、纹理细节和清晰程度方面均优于现有的对比方法。
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基于深度学习的水下光学图像超分辨率重建综述
Abstract:
图像超分辨率重建旨在从低分辨率图像中生成包含高频细节的高分辨率图像。随着近年来人工智能的快速发展,基于深度学习的超分辨率重建算法取得了突破性进展。然而,水下光学图像通常会产生严重的颜色失真、细节缺失、对比度下降与模糊等多种退化问题,重建难度远高于常规的自然光学图像。目前尚未有文献对基于深度学习的水下光学图像超分辨率重建进行系统性综述。首先,对自然图像退化方式和数据集进行分类总结,结合国内外最新研究现状将基于深度学习的单幅图像超分辨率重建算法分为针对一般退化、已知(非盲)多种退化、未知(盲)多种退化三个方面进行详细总结,为水下应用场景提供参考。然后,介绍了水下光学图像退化方式,归纳了常见的公开数据集,总结并分析了水下光学图像超分辨率重建的最新进展。最后,对该领域未来可能的发展趋势进行了展望。
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基于颜色-场景联合迁移的水下图像增强方法
Abstract:
水下成像存在颜色畸变、图像对比度严重下降等问题。大多数基于深度学习的水下图像增强方法依赖仿真数据集,由于仿真与实测数据之间存在较大的分布差异,实测泛化能力受限。本文将水下图像增强任务划分为两个更简单但是同时具有明确物理意义的子问题：颜色校正和对比度增强,提出基于物理模型分解的域内-域间迁移框架。首先,域内迁移校正图像颜色,通过学习对退化图像进行分解,在场景光层面通过对齐颜色退化,校正颜色畸变同时保证其他成分完全不受影响。进一步,再次利用基于水下散射模型的分解策略,通过针对性迁移水下退化因素,使得仿真-实测域之间实现相互迁移和交互,增强水下图像对比度。实验结果表明,本方法在真实水下图像数据集上处理的结果,在色彩、纹理细节和清晰程度方面均优于现有的对比方法。
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基于改进生成式对抗网络的水下图像增强
Abstract:
由于水介质的吸收和散射特性会导致雾化、低对比度、颜色退化等各种水下成像失真，严重影响了水下图像的后续利用。为恢复清晰的水下图像，提出一种基于改进生成对抗网络的深度学习模型。借助图像质量评价技术，将生成的过程样本与高质量样本进行拟合，并将拟合得到的差值信息用于优化网络中的生成器。改进的生成式对抗网络有效改善了由真假训练逻辑带来的图像质量提升限制的问题。实验结果显示，该方法有效的恢复了水下图像的色彩，并改善了图像的清晰度和对比度；相比其他方法，提出的方法在SSIM、UCIQE和UIQM指标上分别提升了2.9%、6.2%和14.3%。
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一种针对深海远程信道的M元扩频接收算法
Abstract:
深海远程水声信道具有多径时延长,信道非最小相位等特点,当扩频增益不足以抑制多径干扰时,信道均衡是必要的。本文将双向判决反馈均衡技术应用于M元扩频水声通信系统,减小判决反馈均衡错误传播概率,提高常规符号判决反馈均衡器输出信噪比。通过正交M元扩频解扩结果比较正向和反向信道特性,调整分集合并权重因子。和等增益合并正反向均衡输出结果的传统双向判决反馈均衡方法相比,该算法可进一步提高接收处理增益。通过仿真深海远程水声信道获得的试验结果证实了算法的有效性。
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基于红色通道注意力机制的水下图像增强
Abstract:
水下图像增强因其在海洋勘测和水下机器人中的重要意义而备受关注。在过去的几年中，已经提出了许多水下图像增强算法。已有的深度学习方法由于忽略水下图像的预处理过程和对红色通道信息的增强或者弱化了这个过程导致增强结果并不显著，其往往只适应特定的场景，缺乏泛化能力。为此，我们基于卷积神经网络建立了一种全新的水下图像增强算法，为了充分利用特征图的通道信息，在相同维度的特征图之间采用不同尺寸的卷积核获取更多通道数目的特征。然后，我们基于红色通道构建了注意力机制，以加强对于图像中容易丢失信息的红色通道的特征的提取。最后，我们在EUVP,UFO120数据集做了消融实验证明了红色通道注意力机制的有效性。通过对对比实验的增强结果进行各项指标分析，证明增强结果有着更高的的结构相似性和峰值信噪比，并且在无参考指标方面有着更高的颜色平衡、清晰度以及对比度，综合性能优于以往的方法。
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基于注意力的光照感知水下图像复原网络
Abstract:
水下环境光线昏暗,仅依靠自然光源难以清晰成像,通常需要增加人工光源,但人工光源的引入会导致场景亮度不均。在这种包含自然光源和人工光源的混合光照环境下,所拍摄的水下图像质量严重退化,不仅降低视觉观感,更影响后续高级计算机视觉任务的顺利开展。然而现有方法大都只考虑了自然光源的影响,对混合光源环境下的水下图像复原效果不佳。为了解决混合光源环境下水下图像存在的光照不均、色偏、细节模糊等问题,本文提出了一个光照感知编解码器网络用于水下图像复原。一方面,在多尺度结构中引入注意力机制和改进残差结构高效提取丰富的结构细节特征,另一方面增加光照感知图作为先验约束网络复原结果的对比度。此外,设计了合适的损失函数,引导网络充分学习水下图像和清晰图像间的非线性映射关系,使恢复图像的色调更自然,纹理细节更丰富。对比试验结果证明本文方法在主观感知和客观指标上均优于对比算法,消融实验证明本文所提网络模块和光照感知的有效性。
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基于无位置传感器技术的潜航器集成电机推进系统
Abstract:
潜航器对推进电机的可靠性和体积提出了苛刻的要求,研究采用无位置传感器技术实现驱动器、电机和螺旋桨一体化的集成电机推进(IMP)系统,能够缩小电推进系统体积、提高系统的可靠性。在垂直推进系统中,潜航器定深工作时对电机系统的动态响应具有较高的要求。为提升永磁同步电机无位置控制下的转速响应,采用双dq坐标切换策略将IF起动和滑模观测器(SMO)相融合,改善了起动的平滑性并缩短了起动时间,对比实验验证了方案的有效性。
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高温超导磁体在扫雷装备中的应用探讨
Abstract:
本文从扫雷装备的轻小型化发展需求出发，结合高温超导磁体的特点，分析了高温超导磁体技术用于扫雷领域的技术优势，介绍了国外高、低温超导扫雷技术的发展状态和我国高温超导技术的应用现状，提出了发展我国高温超导扫雷磁体系统的方案设想，并对其系统构成、抗冲设计和使用与保障问题进行探讨，提供了一种解决扫雷装备轻小型化难题的技术途径。
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不同频率条件下海月水母（Aurelia aurita）目标强度测量及分析
Abstract:
为获得海月水母不同频率下声学特征，在水池条件下，运用鱼探仪对海月水母开展目标强度(TS)测量实验。结果表明，伞径约为10cm海月水母，姿态角在60°~90°时，单频（120kHz）条件下，目标强度测量值为-66~-63dB，接近高通液球模型；宽频（90~170kHz）条件下，目标强度测量值为-61~-59dB，接近Mutlu目标强度和伞径的关系式模型。并进一步分析相同伞径水母目标强度测量值产生差异的原因。这些将为核电站冷源致灾生物的浅海宽频探测提供参考。
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某型火箭发动机水下点火缩比相似关系研究与试验
Abstract:
火箭发动机通过水下点火工作，使得水下航行体更具综合性能优势和灵活使用能力。对于大型发动机水下点火问题，直接开展试验的资金较大，周期较长，采用缩比试验技术是研究其性能变化规律的有效工具。本文通过分析火箭发动机水下点火过程，通过控制方程和缩比准则，得到火箭发动机水下点火缩比相似律及主要参数的相似关系，为发动机水下点火的缩比技术的开展提供的理论支撑。并在此基础上，开展某型发动机水下点火缩比试验，得到发动机在水下不同水深的推力特性。
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永磁同步电机神经网络谐波注入转矩脉动抑制方法
Abstract:
为了抑制永磁同步电机转矩脉动,提出一种基于偏差电流输入的自适应线性神经网络谐波注入方法。该法以交轴和直轴电流偏差作为神经网络环节输入,应用两个自适应线性神经网络环节拟合电压谐波补偿分量,并将其注入到电流环控制器输出,用以抵消交轴电压和直轴电压中的谐波分量,进而抑制转矩脉动。为验证本方法有效性,对比进行了三种控制方法的仿真和实验。结果表明,与传统双闭环控制相比,本方法可将转矩脉动降低约97%。相比于传统神经网络谐波注入法,本方法可获得相近的转矩脉动抑制效果,并且控制结构更为简单,参数整定方便,易于工程实现,算法运行时间缩短约60%。
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基于霍尔位置传感器的低噪声推进电机驱动系统
Abstract:
潜航器电推进系统广泛采用高效率和高功率密度的永磁同步电机,需要结合转子位置传感器实现其高性能控制,采用霍尔磁极位置传感器可以节省体积,但低分辨率的位置信号不能满足电机的高性能控制需要。本文基于霍尔位置信号和平均速度采用线性插值方法估算转子实时位置,用于永磁同步电机矢量控制,针对霍尔信号偏差导致估算位置在修正处发生突变的问题,通过改进平均速度计算和位置修正方法平滑位置估算值,抑制了因估算位置突变导致的电流畸变,实现了潜航器推进用永磁同步电机的低噪运行,实验结果验证了方案的可行性和有效性。
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声呐系统中海洋生物叫声应用效能分析
Abstract:
发射信号波形的选择是主动声呐设计过程中必须要考虑的问题之一，不同的信号形式会直接影响声呐的性能。海洋哺乳生物通过叫声实现种群间的通信以及对水下环境的感知，这一常见的生物学行为激发了基于生物叫声的声呐系统的开发。但海洋生物在全球分布广泛并且叫声种类繁多，需要结合声呐系统的设计参数对采集到的叫声进行效能分析，才能在不改变传统声呐设计的基础上拓展仿生隐蔽探测功能。针对这一问题，本文提出了基于主动声呐信号分析的海洋生物叫声效能分析方案。以采集到的六种海豚叫声为例，基于同步压缩变换和贪婪算法重构样本信号，从五个维度对声呐系统仿生信号进行了分析。仿真结果表明，该效能评估方案可对海洋生物叫声进行有效筛选，以确定适合声呐系统的信号波形。
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OTFS水声通信技术研究现状与展望
Abstract:
正交时频空调制是近年来提出的一种用于高速移动无线通信场景的调制技术,通过将时变多径信道转换到时延-多普勒域,使得所有符号都经历几乎相同且变化缓慢的稀疏信道。与正交频分复用系统相比,正交时频空技术具有较低的峰均功率比,且能够有效抵抗多普勒效应,在高时延、高多普勒的信道条件下具备性能优势。本文简要介绍了正交时频空技术的基本原理,以及目前无线电及水声通信领域正交时频空技术研究与应用现状,梳理了正交时频空技术在工程应用中亟待解决的关键问题,如波形设计、信道估计和均衡以及接收机结构设计等。最后对正交时频空技术在水声通信系统中面临的挑战和应用前景进行了分析和展望。
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面向智慧海洋的低复杂度方位估计技术
Abstract:
随着海洋开发与探索的增加，集成多种技术的用于智慧海洋研究的水下物联网(UIoT)掀起了研究的热潮，使用计算高效且具有普适性的算法来进行方位估计是当前的发展趋势。为了满足上述要求，本文提出了一种新颖且广泛应用的酉四元数(UQ)模型中心对称阵列，相应协方差矩阵的估计和分解可以在实数域中执行，而不是复数域中，因此实现计算的低复杂度。此外，我们分析了该模型的物理含义，并将其与新兴的基于四元数的姿态估计和控制相结合，揭示了UQ模型在UIoT中的潜在优势。在仿真实验中，我们在几个模拟的水下场景中测试了算法的性能，证明了UQ模型的灵活性和适用性。
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带内全双工水声通信空间域自干扰抵消方法
Abstract:
针对带内全双工水声通信的自干扰抵消技术，目前常通过模拟域或数字域自干扰抵消方法进行自干扰信号消除，但由于硬件设备问题，自干扰抵消性能存在上限，而空间域自干扰抵消常采用吸声障板或具有指向性的换能器完成，虽增加了自干扰抵消上限，但在工程应用中较为复杂，方法具有设备依赖性，且抵消能力有限。为进一步增加自干扰抵消上限并减少空间域自干扰抵消方法复杂度，本文拟基于阵列信号处理技术完成空间域自干扰抵消，并针对带内全双工水声通信中独有问题设计波束形成器，利用空域滤波抑制自干扰信号并增强期望信号，通过仿真及水池实验验证了本方法的实用性及抵消效果。
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非完整表面角反射器的RCS特性研究
Abstract:
角反射器对雷达电磁波有极强的反射回波特性，可模拟舰船、装甲车等军事目标。金属角反射器在使用过程中因锈蚀、油污等原因造成角反射器表面破损，造成其性能严重下降。本文分别研究了角反射器反射面不同的破损面积和破损数量条件下雷达散射截面积（RCS）特性，金属角反射器RCS值随反射面破损数量增多和面积增大快速降低，可有效量化评估角反射器剩余电磁波反射能力
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基于深度学习的水面无人艇目标检测算法综述
Abstract:
随着人工智能的发展,水面无人艇可代替人工进行危险任务作业,目标检测算法是其完成自主探测的核心技术。深度学习技术克服了手工特征精度低、通用性差等局限性,已成为图像处理的主流方法。首先对当前基于深度学习的目标检测算法的发展现状进行了全面的总结,对算法分类进行了详细的定义,并指出了不同类型算法的优缺点及适用场景。然后调研了无人艇水面目标检测技术的研究现状,指出了各类深度学习工作的贡献、优势和局限性。最后总结了面向水面无人艇的深度学习目标检测算法中亟需解决的关键科学问题,并对可行的方案以及该应用研究领域的未来发展做了进一步的展望。
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深海作战战场环境保障需求问题研究
Abstract:
深海战场空间的独特性和超前性引发了深海军事的发展和变革,并逐步改变军事斗争的战略态势。因此,迫切需要加速形成深海战场环境保障能力,为维护我国安全和海外利益拓展等提供基础支撑。本文总结归纳了深海概念及环境影响,提出我面临形势与未来挑战,深入分析深海战略威慑、水下航行、导航定位、预置武器和预报预警等场景下的战场环境保障需求,最后提出深海战场环境保障建设的措施建议。
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基于Ocean Data View的中尺度涡分析研究
Abstract:
以西太平洋海域两个中尺度涡为例,利用AVISO卫星高度计观测的海平面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)数据、HYCOM模式的温度、盐度数据及水下滑翔机实测数据,分析了Ocean Data View软件（ODV）在实现该区域中尺度涡运动特征规律研究的实用性，探讨了中尺度涡分析处理的关键技术和方法。结果表明，利用ODV软件能够快速绘制海平面高度异常值和海表面流速的平面图，进而准确判别中尺度涡类型、追踪中尺度涡在海表面的水平空间尺度及演化特征；也可绘制任意航迹温、盐深断面图用于分析中尺度涡的垂直结构和判别涡结构类型；同时ODV软件也提供了垂直涡结构实测数据与模式数据对比分析模式，为中尺度涡研究提供强有力的分析工具和技术支撑方法。
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多特征联合水声通信信号调制识别方法
Abstract:
为解决水声信道下通信信号识别困难的问题，对水声CW、LFM、2FSK、4FSK、BPSK、QPSK、DSSS-BPSK和OFDM信号的调制识别技术进行了研究，旨在提出一种适用于这八种信号的调制识别方法。通过对信号的时频特征、二次方谱特征及自相关特征进行分析，并利用基于迁移学习的ResNet网络和线性支持向量机进行分类，最终得到了一种多特征联合水声通信信号调制识别方法。仿真表明，在千岛湖多径信道下，信噪比大于9dB时，所研究八种信号的识别率均在99%以上，最后，本文通过海试进一步验证了该方法的可行性，海试数据识别率均在93%以上。仿真及海试验证的结果表明，本文所提的方法是适用于水声信道的。
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基于RBF-MPC的水下机器人避碰控制
Abstract:
水下机器人避碰控制是自主作业的重要基础，但复杂的约束条件和模型的不精确性增加了避障路径跟踪的技术难度。本文在传统模型预测控制的基础上，结合作业场景多种约束条件，引入径向基函数神经网络，提出了一种水平面避碰控制方法。首先，采用径向基神经网络建立误差补偿函数，提高传统动力学预测模型精度。然后，结合避碰路径跟踪控制，在滚动优化环节选取性能指标函数，并显式引入障碍物、执行机构与控制稳定性等约束条件。最后，通过仿真试验证明该方法能够控制水下机器人跟踪避碰路径实现水平面内障碍物规避。
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AUV水下组合导航系统技术分析
Abstract:
基于SINS／DVL/GPS的组合导航是当前AUV的主流组合导航方式,本文介绍了水下组合导航系统的结构和组成,以及组合导航系统的关键技术,详细论述了初始对准算法、纯惯性解算算法、组合导航算法、DVL标定算法和校准算法。
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基于残余自干扰获取的带内全双工水声通信系统结构方案与仿真
Abstract:
强自干扰抵消是带内全双工(In-Band Full-Duplex, IBFD)水声通信系统工程实现中的最大挑战。近端接收端需结合模拟域及数字域进行联合干扰抵消才可将干扰强度降低至可接受水平。本文提出一种基于残余干扰获取的带内全双工水声通信系统结构设计方案，其特征为具备主、辅双采集链路，通过辅助采集链路实现对干扰信号的获取，并利用辅助采集链路与消干扰信号在数字域上的抵消结果作为主采集链路数字域上的线性滤波器的输入参考信号，以实现对残余干扰的抵消。该系统结构方案与现有系统结构方案相比，在有效克服功率放大器非线性影响的同时，可降低模拟域及数字域干扰抵消系统结构复杂度；仿真数据处理结果表明，该方案可实现公里级带内全双工水声通信。
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基于接触式扫雷的水下聚能剪切内弹道研究
Abstract:
以陆地枪械发射内弹道方程组理论为基础，结合水下聚能剪切器动作的技术特点，对动刀运动的能量转化机理和刀架内部组件的动力学响应进行了综合分析，建立归一化数学模型，用于内弹道参量变化特性曲线的数值计算。通过对某型号水下剪切器内弹道仿真求解，定量分析了各参量变化过程，论证了短行程聚能剪切方案的可行性，为后继内弹道设计及装药参量的优化奠定了理论基础。
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深海RAP下的水声信道特性与通信技术研究
Abstract:
可靠声路径（Reliable Acoustic Path，RAP）是深海声传播的重要通道之一，其受界面影响较小，传播损失较低，可以传播到较远的距离，而且在临界深度以下，环境噪声较低；其次，可靠声路径有效避开了多途扩展现象，声线以结构稳定的直达声为主。在总结可靠声路径物理机理和声传播优势的基础上，对比分析了几种不同海洋参数条件下RAP声传播特性，然后采用射线模型仿真分析了RAP声信道内的接收声线结构，之后基于仿真的RAP信道进行了单载波通信性能的分析。仿真结果发现，在RAP声信道内，直达声能量高，传播损失低，声线结构稳定且多途扩展小，对环境变化不敏感，在35km左右的中远程距离内具有很高的信噪比；相同仿真条件下，RAP区域的误码率较同距离浅深度的接收低很多，而且RAP区域接收信号信噪比高出其他区域10dB左右。该研究结果对于实现垂直方向上深海信息的跨域传输具有重要意义。
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一种针对小多普勒扩展水声信道的OFDM接收算法
Abstract:
在水声正交频分复用（OFDM）通信系统中，水声信道中的多径时延扩展会带来频域选择性衰落，多普勒效应会带来子载波间干扰（ICI）。传统接收算法需要开展复杂的二维（时延/多普勒）信道估计，再进行复杂的信道均衡和符号检测。针对有限多普勒扩展的信道条件下多普勒矩阵元素变化缓慢、ICI干扰范围有限的特点，该文借鉴多项式拟合思想，提出了一种创新的接收算法。该算法将多普勒矩阵元素近似为多项式函数，迭代进行多项式拟合和数据符号频域均衡。和传统方法相比，该算法无需进行信道多普勒估计，仅需信道的一维（时延）估计即可实现较好的性能。利用Bellhop产生的水声信道仿真结果验证了该算法的可行性。
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声诱饵反鱼雷水声对抗发展现状及趋势
Abstract:
鱼雷作为水下最重要的进攻武器之一,可针对水下及水面目标发起非对称隐蔽攻击。随着近几十年电子技术的发展,鱼雷更加智能化,杀伤力更大。因此反鱼雷任务成为现代海战中一项重要的课题。本文主要介绍了国外近年装备的鱼雷型号,并对国外鱼雷对抗用声诱饵作了介绍,最后对声诱饵的未来发展趋势做了展望,为今后我国发展声诱饵技术提供参考。
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宽码率Polar码浅海水声通信实验研究
Abstract:
浅海水声信道的随机时-空-频特性给数据的可靠传输带来了重大挑战，低复杂度和理论上证明能到达香农限的极化码（Polar code）可以增强水声通信系统的鲁棒性。水下传输的图像、语音、文本、海洋监测数据和遥控指令具有不等重要性的特点，宽码率Polar码能够适应不同水声信道和不等重要性的信息传输。目前Polar码在水声通信中的实验研究多为仿真分析，本文设计了宽码率Polar码在厦门港海域海试验证，在不同信噪比的实录环境噪声下进行分析。海试结果表明，在良好的信道条件下，宽码率Polar码的性能优异，0.25码率的BPSK和QPSK在实录环境噪声信噪比为-1和4时实现零误码，其低复杂度信道编译码机制和宽码率与水声信道相匹配，可有效提高水声数据传输的可靠性和有效性，为基于Polar码的稳健可靠水声通信系统提供了海试实验验证。
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基于磁感应的跨介质通信技术研究
Abstract:
随着海洋军事与战略的发展，传统声学难以完成空水跨介质通信需求。磁感应通信技术由于在空水介质中磁导率一致，且具有信道稳定、速度快、体积灵活、成本低的优势，可以作为空水跨介质的技术补充。本文以磁偶极子为基础，对空水跨介质感应磁场传播模型进行了研究，证明磁场在空水界面的传播连续性，之后基于USRP设计通信收发电路并实现一套磁感应通信系统。该系统在收发线圈半径10cm，发射功率1mW情况下，实现空水（湖水）跨介质20m，通信速率10kbps的无误码文本传输，证实了磁感应通信在空水跨介质场景下的可行性，对后续的相关研究具有一定的指导意义。
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航行体近水面航行附加质量与阻尼的数值研究
Abstract:
航行体近水面航行时会引起周围流场中流体的惯性运动，动能会随波浪扩散而耗散，航行体近水面运动时固有周期和幅值衰减率受水的影响可以用附加质量和阻尼系数描述。本文运用计算流体力学软件STAR-CCM+开展航行体近水面自由横摇与纵摇衰减运动的数值仿真，根据不同初始角度条件下仿真得到的自由衰减时历曲线，分别计算横摇与纵摇的附加质量与阻尼系数，并结合实际运动情况，对不同初始角度条件下附加质量与阻尼系数的变化成因分别进行分析。
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基于海洋环境噪声水下探测研究进展
Abstract:
由风、雨、舰船、海洋生物以及工业等因素形成的海洋环境噪声,是海洋中永恒存在的声场,包含频段丰富。无论是在水下目标的主动探测还是被动探测过程中,海洋环境噪声都被认为是水声信道中的干扰因素。但在海洋环境噪声包含的诸多水体、海面、海底和海洋生物等信息,可以通过反演获取海水、海底等各种信息。概述了国内外基于海洋环境噪声声成像的发展现状,并预测了该领域技术发展趋势。基于海洋环境噪声进行的水下目标探测,在探测开发海洋资源、维护国家主权和国家海洋环境安全等方面具有重要意义。
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面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现
Abstract:
复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性,特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响,对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展,为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是,由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型,从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足,传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备,可望在一定程度上丰富通信数据,为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。本文设计并实现了一种浅海水声通信浮标,搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估,同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明,依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析,为下一步工作打下了良好的基础。
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水下光通信技术的研究与展望
Abstract:
水下光通信(Underwater optical wireless communication, UOWC)是一种新型的水下通信技术,具有保密性好、可靠性高等优点,对于构建全光立体通信网络以及6G空天海地一体化全方位通信有重要的意义。分析了水下光通信相较于其他传统水下通信方式的优点,对水下光通信发展历程与进展进行了综述,对比了水下光通信两种主流光源：激光光源和LED光源。针对现阶段水下光通信面临的难题,提出了一种完善的水下光通信系统框图,并研制出相应的硬件系统,完成了水下通信调试。水下光通信是一种切实可行的新型通信方式,兼具灵活、保密、高速率等特点,在未来的6G时代中将会得到进一步的发展和应用。
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水声通信网络的资源分配发展综述
Abstract:
随着陆地资源的枯竭，人类逐渐把目光转向了蓝色海洋。水声通信网络（Underwater Acoustic Communication Network，UACN）能够有效实现水下信息交互，是认识、开发、利用海洋的重要工具，并在推动“智慧海洋”建设中发挥着重要作用。但是，水下节点的发射功率、转发中继、通信信道等通信资源严重受限，这将无法满足UACN长期且有效作业的需求。资源分配技术能够在不提升网络硬件成本的情况下有效改善网络能量效率、抗干扰性等相关性能，在水下信息交互需求激增的背景下具有极高的研究意义与应用价值。因此，如何对有限的网络资源进行合理分配已成为UACN领域的研究热点之一。首先对UACN系统进行了简要介绍，然后研究分析了UACN资源分配技术及意义，并重点指出了其资源分配的发展现状、趋势和面临的挑战。
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以作战仿真评估UUV集群作战效能
Abstract:
为了准确的对水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle ,UUV）的集群作战能力进行效能评估，建立效能评估指标体系并将作战仿真结果作为效能评估的数据来源，获得评估结果。通过对特定想定场景下的UUV集群作战仿真进行实例化，对作战效能评估与作战仿真流程进行了介绍，得到了符合理论预期的UUV集群作战的效能评估结果，证明了方法的有效性，为多装备参与下的体系作战效能评估奠定了基础。
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基于信号处理的水下无线光通信综述
Abstract:
水下无线光通信(UOWC)具有的高带宽、低时延和抗电磁干扰等优势,成为了水下数据传输的重要手段之一。本文简述了UOWC的发展历史,总结了基于高性能光电器件和数字信号处理(DSP)两种方案的高速率长距离和高可靠性UOWC系统的研究现状。DSP中的调制技术能够实现通信速率和传输距离的折衷；信道均衡技术能够消除码间干扰,增大调制带宽；信道编码技术能够纠正接收信号中的错误；分集复用技术则能够分别提高系统可靠性和通信速率。除了研究高性能的光电器件以外,引入DSP技术能够从软件层面上进一步提高系统性能。
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分层纵向水下无线光信道建模研究
Abstract:
水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication，UWOC）是水下物联网感知层的新兴技术之一。在感知层中，UWOC技术常被用于支持数据的纵向上行传输。本文针对几何光学理论无法准确描述UWOC链路衰减的问题，研究了基于MIE散射理论的纵向UWOC信道模型。本文提出了分层的纵向海水介质模型，在此基础上本文设计了一种利用蒙特卡洛仿真方法对UWOC纵向链路进行评估的方案。该方案考虑了收发装置空间位置的非对齐以及出现位置失配的情况。通过该方案可求得UWOC链路冲激响应的数值结果。研究成果对于UWOC设计具有重要意义。
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基于无监督学习卷积神经网络的声呐图像分割
Abstract:
声呐图像分割是图像分割技术发展中的组成部分，是水下目标识别与检测的重要一环。传统方法中基于有监督分割方法的算法往往代价较大，表现出试验周期长，实时性较差，运行速率较慢等不足。并且由于声呐图像的成像质量差、分辨率不高、边缘条件不清晰、人工标注工作量大等客观因素，不易建立用于有监督模型训练的大规模数据集，使得传统分割方法越来越不适应当前实际应用的多方面要求。本文将基于无监督学习卷积神经网络引入到声呐图像分割任务中，分割模型通过对单帧声呐图像进行训练和测试，最后经过推理得到将阴影区和目标高亮区分割后的声呐图像，得到分割出来的水下目标。通过对实验的分割结果进行各项指标分析，证明此方法有着更好的运行效率和分割精度，并且实时性较高，综合性能优于传统方法。
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多机动控位水雷队形控制技术
Abstract:
本文根据机动控位水雷编队后的队形控制问题，结合水雷隐蔽、高效、可靠通信的应用场景，为尽可能减少水声通信数据交互信息，提出了一种基于领航者位置信息的领航-跟随者控制方法，并针对不同跟随态势，设计了基于模糊PID的领航者跟随者速度控制器，并进行了仿真实验验证。仿真结果证明了这种机动控位水雷控制方法的快速和稳定。
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一种适于浅水定位的超短基线装置与定位方法
Abstract:
针对浅水水域水声信号多途效应导致信道衰落,真实时延信号获取难度大的问题,本文研制了一种适用于浅水定位的超短基线装置,并提出一种附有约束条件的互相关时延估计方法。采用脉冲挑选和时延差相位修正方法对目标轨迹进行精确跟踪定位,某湖试实验结果表明,该方法的定位轨迹光滑稳定,野点少,定位精度高。
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磁罗盘误差校准方法及其在海洋领域的应用
Abstract:
针对磁罗盘自身误差以及载体平台磁干扰导致磁罗盘测量精度不高的问题,提出了一种磁罗盘误差校准方法。通过对磁罗盘自身误差以及载体平台磁干扰产生的误差进行分析,建立了误差校准模型,并结合实际应用条件给出了磁罗盘平面校准方法和空间校准方法,采用最小二乘回归算法对模型求解,解决了磁罗盘现场校准问题。利用所研制的磁罗盘开展了施加磁干扰后的磁罗盘校准验证实验,并对校准前后的方位角精度进行了测试。试验结果表明：在将施加磁干扰后方位角最大误差12°的条件下,利用该方法校准后方位角最大误差仅为0.2°,说明了该方法的有效性。最后介绍了磁罗盘在海洋领域常见的几种应用。
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一种优化多通道声波束形成的方法
Abstract:
本文研究了水声接收系统波束形成的基础问题：基阵各通道不均衡是客观存在的,但这种客观存在往往被有意、无意中忽略,而且还存在一种误区,认为基阵阵元越多,这种不均衡会被自然弥补,造成的后果是接收系统的目标检测、方位估计等性能达不到预期,在实际工作中大多采取事后补救措施,不仅费时费力,效果还不尽人意。本文通过实例分析了水声接收系统中基阵各通道不均衡的原因,提出了一种减小基阵各通道不均衡的方法,为提高水声接收系统的目标检测、方位估计等性能打下了基础。
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基于形态滤波的水声通信信号同步检测方法
Abstract:
针对水声通信过程中拷贝相关同步检测在不同信道环境下相关峰值差距较大,通过单一固定门限同步检测导致信号误检率、漏检率高的问题,设计了一种信号同步检测帧结构,在传统拷贝相关同步检测信号前加入三单音信号,结合形态学滤波技术,提出了一种新的水声通信信号同步检测方法,实现了不同信道环境和通信距离下单一固定门限检测值的水声通信信号同步检测,降低了信号同步检测的误检和漏检概率。实际海试结果表明：在5km、7km、10km不同通信距离和信道环境下该方法均可实现信号同步检测,信号的误检概率和漏检概率均为0。
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水下缆索运动建模与仿真分析方法
Abstract:
水下缆索运动建模过程中出现低应力松弛状态、大弯曲或扭转等形变等状态，必须精细划分空间离散微元与时域求解步长以描述缆索曲率变化，进而避免数值求解奇异，这种处理方法使得求解水下缆索运动响应效率极为低下，甚至可能出现数值积分过程中截断误差与舍入误差累加导致的计算错误，无法描述水下锚泊、拖曳等系统的真实状态。针对精确描述水下柔性缆索的弯曲、扭转等形变状态及其对运动系统数学模型的影响，采用三次样条插值方法构建水下缆索微元空间形态，对连续水下缆索进行非线性离散而非常用的线性化离散，通过Galerkin余量消除方法实现求解域内满足缆索微元空间运动方程要求，建立了包含弯矩、扭矩作用的水下缆索动态运动数学模型与求解方法。通过与理论数值计算数据及海上实验数据对比分析，验证了本模型的准确性，可为水下锚泊系留、水下拖曳等系统的工程应用提供一种高效设计方法。
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基于声场模型的猎雷声纳探测成像仿真方法
Abstract:
摘要：针对猎雷声纳对水雷目标探测仿真问题，提出一种基于运动学信息与水下声场传播耦合分析的探测成像仿真方法。首先利用Bellhop3D声场分析方法对水下声信道信号冲击响应进行计算，结合信号复分析方法得到信号传播信道参数以构建声散射模型，以运动耦合方式综合分析声纳搭载平台位置、姿态及速度等因素对回波信号的影响，通过综合考虑上述因素来模拟目标回波信号，从而利用较为真实的等效回波信号进行图像重构。以高频前视声纳为例，对声纳探测沉底水雷目标情况进行了仿真。结果表明，本文方法能够得到高频声纳对沉底水雷目标的探测图像，与实际情况具有一致性，可为进一步构建反水雷相关模拟仿真训练系统提供参考。
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带内全双工水声通信自干扰成分及信道特性分析
Abstract:
在传统以半双工体制为主的水声通信系统中，常将通信信号传播信道假设为稀疏信道以便于后续处理。但通过目前的实测结果来看，在以单独设备的形式进行带内全双工水声通信实现时，由于发射换能器到近端接收端这一短程传播过程受到通信机电子舱的影响，造成了自干扰成分与信道的复杂性。为了进一步了解壳体材料对自干扰强度、传播路径复杂度的影响，以及不同接收端布置下接收到的自干扰信号成分差异，本文拟基于有限元法对两种壳体材料及不同近端接收端位置处的环路自干扰信号进行仿真，并通过辅助仿真验证各接收位置处接收到的自干扰信号最主要成分，并对自干扰信道特征进行分析，为后续自干扰抑制及各域干扰抵消提供初步的理论支持与依据。
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基于水舱结构的水下无人航行器平衡液位自动调整研究
Abstract:
为了解决装配水舱的水下无人航行器在出航前，需人为通过调节水舱液位，使航行器处于零浮力状态的不便捷性问题，提出一种可以自动调整航行器平衡液位的方法。结合航行器自身水舱结构，通过PID算法将航行器的姿态信息和水舱液位信息进行整合，调节水舱水量实现航行器密度近似于当前水域密度，寻找满足航行器零浮力平衡姿态下的水舱液位。通过Matlab仿真分析，该算法可以实现自主调节平衡液位的目的。
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基于模糊数学的AIS和被动声纳航迹关联算法研究（肖编辑收）
Abstract:
针对AIS系统和被动声纳航迹的关联问题，本文提出了基于模糊数学的关联算法。该算法引入了AIS航迹可靠性的概念，提出了船舶与被动声纳间角度、距离和航迹可靠性等3个因素影响关联的隶属度函数和权重分配。通过实验验证，该算法可以较好的实现AIS与被动声纳间的航迹关联，为声纳信号复盘分析和自动化处理提供了借鉴。
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无人水下航行器在反水雷中的应用探讨
Abstract:
随着海军无人作战平台技术的快速发展,各种武器系统的智能化和无人化是必然的趋势,无人水下航行器集成了海洋环境技术、探测、计算、能量储存与转换、推进、新材料、新工艺等多个领域的高新技术,其作为现代海战的“力量倍增器”越来越受到重视。由于反水雷作业的危险性,将无人水下航行器与反水雷技术相结合,是未来反水雷的重要发展方向。
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基于声呐图像的水下目标识别研究综述
Abstract:
水下目标识别是水下无人探测的一项核心技术，在军事和民用领域都有重要的应用。根据当前的水下目标识别研究进展，全面阐述基于声呐图像的水下目标识别原理和方法，对总结研究现状、发现存在的问题以及挖掘潜在的研究方向具有积极意义。针对基于声呐图像的水下目标识别问题，论述了图像去噪、图像分割以及水下目标识别等方面的主要进展，阐述了基于深度学习实现声呐图像目标识别的最新技术发展现状。通过对水下目标处理过程的讨论和分析，指出基于声呐图像的水下目标识别算法中亟需解决的关键科学问题及可能的解决思路，并对该领域的未来发展方向做了进一步的展望。
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某型扫雷具分系统码头环境下调试措施的研究
Abstract:
结合实际维修保障需要,本文分析某型舰三电极扫雷具控制分系统控制原理,提出一种基于码头环境条件对三电极扫雷具控制分系统在自动方式下实施有效调试的措施,搭建调试控制系统,并结合装备维修保障,充分检验控制分系统的励磁输出受控性,提高控制分系统在码头环境下的维护效率,确保设备的完好性。
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基于拓扑优化方法的舱体筋板设计
Abstract:
摘要: 耐压舱体是水下系统不可或缺的一部分，既要承载内部设备，又要承受外部压力，其强度至关重要。当舱体的加强筋板并非环肋时，筋板的设计只能凭设计师的经验完成，再进行仿真验证，这大幅增加了研发成本。本文采用基于SIMP插值的变密度拓扑优化方法，求解了耐压舱体在外压作用下的传力路径，并以此为依据优化了舱壁上加强筋的布置。经计算，优化后的舱体模型最大应力减小到了材料的许用范围内，并且变形量大幅减小，说明该拓扑优化方法在筋板设计上具有一定的指导意义。
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不同目标态势下潜艇阵地搜索样式探析
Abstract:
潜艇在进行阵地搜索时，往往难以掌握目标的运动要素，选择正确的阵地搜索机动样式较为困难。为选择固定阵地下最佳搜索机动样式，通过对比往返巡逻搜索、弓字形搜索、之字形搜索等样式，对目标概略来向已知、来向重点区域已知和目标概略来向未知条件下进行仿真计算，得出不同条件下潜艇搜索样式效能,从而为潜艇在固定阵地搜索目标的机动样式的选择提供参考。
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结合速度障碍法的无人艇编队控制策略研究
Abstract:
在实际的工程运用中,领航者-跟随者算法无法解决无人艇在编队形成过程中的相互碰撞问题,往往需要提前确定编队初始状态,避免编队无人艇之间的相互碰撞。针对该一缺陷,本文将速度障碍法引入领航者-跟随者算法,并将威胁评价引入速度障碍法中,以解决无人艇在编队过程中的相互碰撞问题。本文建立了无人艇的运动仿真平台,并对本文提出的无人艇编队控制策略进行了仿真试验。仿真试验表明,该算法提高了编队控制的稳定性,降低了编队形成过程中的碰撞风险。
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协同反水雷作战任务规划系统总体研究
Abstract:
随着战场信息化、智能化技术的空前发展,反水雷作战也越来越向着多平台协同作战方向发展,作为反水雷作战神经中枢的指挥控制系统作用越来越明显。其中任务规划是反水雷作战指挥控制的重要环节,建立战术任务规划系统的目标就是要减轻岸基指挥中心以及反水雷母舰工作人员的工作负荷,提高多个平台协同反水雷作战的整体效能。通过分析反水雷任务规划的定位和功能,建立有人/无人协同任务规划框架及层次结构,提出协同反水雷任务规划关键技术及其解决途径,能够有力地推动反水雷指挥控制技术的发展。
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水下运载器系统快速开盖运动学研究
Abstract:
水下运载器根据其使命,通常内部装载不同战斗载荷,其中上浮开盖过程是其作战流程中非常关键的一个动作过程,水下运载器在其工作过程中受到波浪力、火箭推力、重力、流体阻力等外界因素的影响,而开盖动作又使得水下运载器系统构件之间产生相对运动,其运动特性较为复杂。本文针对水下运载器系统,利用多刚体Kane方法建立了系统的动力学方程,利用混合坐标系法描述刚体之间的位置关系,计算了不同工况下水下运载器系统开盖过程的运动响应,分析了影响开盖动作的因素。研究表明，增大推冲力或者增加推冲器作用行程都能明显缩短开盖时间，开盖动作对运载器壳体的运动影响较小，可以忽略；头盖重心位置越高，头盖翻转过程达到角速度拐点的时间会越短，对开盖越有利；运载器初始倾斜角与头盖转动方向一致时，能较为明显缩短开盖时间；运载器初始倾斜角对推冲器作用效果的影响较小。
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操纵性约束下的无人艇区域覆盖路径规划
Abstract:
随着日益增长的水域开发需求,区域覆盖是无人艇面向应用的重要能力。然而,经典的平行线扫描路径规划在转弯处期望艏向角不连续,无人艇路径跟踪误差大,单位航程区域覆盖率低。为此,本文基于无人艇操纵性约束,提出平行线扫描路径规划方法。该方法根据扫海宽度与无人艇定常回转直径大小关系,结合无人艇艏向角连续约束,着重对回转段进行路径规划。经仿真验证,该方法可实现对任意扫海宽度与无人艇回转直径进行区域覆盖路径规划。相比经典平行线扫描路径规划,该方法提高了无人艇单位航程区域覆盖率,提升了无人艇路径跟踪效果。
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深海上浮平台线型设计及水动力特性预报
Abstract:
深海上浮平台是水下装备技术朝信息化、智能化方向发展的未来趋势，对根本扭转我海上战略安全形势、在深远海有效拒止强敌具有重大意义。针对深海上浮平台长期服役、水下快速上浮、大深度耐压密封等特点，提出了一种基于回转体外形的大型航行器外形设计方案及水动力特性预报，着重解决平台在无动力上浮时的低阻性要求，经过理论估算和CFD软件仿真验证，仿真结果满足设计要求，对深入研究无动力深海上浮平台提供重要技术支撑。
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海洋无人观测装备发展与应用思考
Abstract:
海洋无人自主观测装备作为海洋观探测的一种不可替代的高科技先进装备和新兴装备，是海洋观探测装备摇篮中的新生命、新领域的开拓者。基于海洋无人观测装备提高海洋移动观测能力是未来构建立体、连续、实时的水下观测网络的重要技术手段，将会对未来海洋观探测的方式产生深远影响。本文基于国内外海洋无人观测装备发展与应用现状分析，对我国海洋无人观测装备发展的主要问题和差距进行了思考，并对海洋无人观测装备未来的发展应用进行了展望。
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2021,4(2):99-106, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.02.004
Abstract:
综述了水下实时观测潜标系统及其技术进展。以潜标技术为基础，通过水下绞车、自升降通信浮标、水下滑翔机及波浪滑翔器等技术途径，设计了水下实时观测系统方案，探讨了水下数据实时传输关键技术，开展了水下观测数据实时传输功能验证试验，初步实现了观测数据实时/准实时传输。
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2022,5(2):115-120, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2022.02.004
Abstract:
随着战场信息化、智能化技术的空前发展，反水雷作战也越来越向着多平台协同作战方向发展， 作为反水雷作战神经中枢的指挥控制系统作用越来越明显。其中任务规划是反水雷作战指挥控制的重要环节， 建立战术任务规划系统的目标就是要减轻岸基指挥中心以及反水雷母舰工作人员的工作负荷，提高多个平台协同反水雷作战的整体效能。通过分析反水雷任务规划的定位和功能，建立有人/无人协同任务规划框架及层次结构，提出协同反水雷任务规划关键技术及其解决途径，能够有力地推动反水雷指挥控制技术的发展。
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2019,2(4):45-49, DOI:
Abstract:
首先阐述了水下电磁探测技术的现实意义，之后介绍了国外水下电磁探测、预警系统的研究现状，以及电场传感器、磁场传感器的性能指标。通过对国内水下电磁探测技术的发展历程以及与国外的差距进行分析，指出未来水下电磁探测系统集成化、智能化、系统化、无人化、多元化和网络化的发展趋势。
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2018,1(1):1-6, DOI:
Abstract:
根据我国海洋方向面临的战略安全环境、建设“海上丝绸之路”的要求，我国的反水雷作战范围将延伸到第一岛链以外的海域，反水雷任务除了传统的近岸/ 近海反水雷任务，还增加了海峡反水雷、交通线反水雷以及海外基地反水雷等任务。 为了满足我国反水雷作战需求，结合国际上反水雷技术装备发展方向，用信息化改造、无人化拓展现有反水雷装备，构建无人化时代反水雷装备体系，形成能够在近岸、近海、中远海实施快速、安全、高效的反水雷作战能力。
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2021,4(1):37-45, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.01.007
Abstract:
磁通门是一种测量直流或低频交变矢量磁场的高精度磁场传感器，经过 80 余年的发展，其综合性能不断提升。除了常见的探头结构，在国内外研究者不断创新下，涌现出了许多新颖的磁通门探头结构。 随着磁芯材料和电子学技术的发展，古老的磁通门传感器仍具有进一步发展的巨大潜力，未来它将向更高的灵敏度、更低的功耗、更小的体积等趋势发展，同时会开拓更多的应用领域。首先，简要分析了磁芯材料， 介绍了最新的研究进展，对磁通门电路结构进行了总结和分类。随后，分别探讨了国内外研究水平，指出了二者的差距。最后，介绍了磁通门传感器在海洋领域内的几种重要应用。
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2021,4(1):46-52, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.01.008
Abstract:
基于声呐的水下目标检测是具有重要意义的研究课题。由于声呐图像质量差、对比度低、边缘模糊等，基于特征提取的识别方法在精度和速度上无法满足现有要求。鉴于此，将基于卷积神经网络的 YOLOv3 引入声呐图像的目标识别任务中，首先通过动态亮度分配和中值滤波对图像进行预处理建立数据集，然后对 YOLOv3 模型进行训练和测试，最后根据静态目标的位置不变去除虚假目标，降低误检率。实验结果表明： 较之现有的特征提取识别算法，本算法具有更高的效率和更低的误检率。
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2020,3(6):486-493, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.06.007
Abstract:
蛙人由于体积小、噪声强度低，因此探测十分困难，可秘密潜入码头、海港、海上勘探平台、 舰艇锚泊区及岛礁等重点水域实施侦察或破坏，对水下区域安全提出了挑战。首先，指出了水下蛙人的探测难点，随后介绍了国内外反蛙人声呐装备系统的技术发展、蛙人水下目标主被动声学特征的研究进展，综述了反蛙人武器系统的发展现状，最后总结了目前反蛙人声呐系统的技术特点，并对反蛙人声呐系统的发展趋势进行了展望，预期可为我国反蛙人声呐系统的发展提供参考。
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2020,3(4):303-308, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.04.004
Abstract:
针对水雷目标探测识别困难这一现实问题，分析了水雷及其声呐图像的主要特点，介绍了基于统计特征、形态学、最大熵、分形和聚类等传统水雷识别方法和基于深度学习技术的水雷目标检测算法，以期为后续算法研发提供技术参考。
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2020,3(6):477-485, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.06.006
Abstract:
面向重点海域中小尺度过程、突发事件及关键目标观探测需求，以无人机、无人艇、波浪滑翔器、水下滑翔机、AUV、剖面漂流浮标及投弃式观测装备等无人智能移动观测装备为主干节点，结合潜标、 海床基等定点观测装备，提出了基于海洋物联网的快速机动组网观测系统构建方案，探讨了相关关键技术及发展方向。
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2021,4(4):257-263, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.04.001
Abstract:
美军凭借强大技术优势，领跑新型无人作战装备发展，其水下无人作战力量建设经验和发展趋势对世界各国海军有着重要启示和借鉴作用。简述了美军水下无人作战力量发展规划，重点从美军水下无人作战能力建设、装备发展以及部队建设 3 个方面研究了美军水下无人作战力量发展趋势，从装备发展方向、 顶层设计思路、军民融合途径、建用结合方法以及人才培养体系 5 个层面归纳总结了 5 点启示。
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2021,4(5):351-356, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.05.001
Abstract:
潜艇与 UUV 协同作战能优势互补，形成新的作战能力与手段，这使得潜载 UUV 成为了近些年美国等海洋强国的研究热点。首先，对潜艇与 UUV 的协同作战模式进行研究；然后，结合作战需求对潜艇与 UUV 协同作战的关键技术进行了分析，并对当前潜载 UUV 装备的发展现状进行了总结；最后，参考国外潜载 UUV 发展经验对我国发展潜载 UUV 装备提出了几点建议。
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2021,4(6):506-512, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.06.011
Abstract:
梳理了以美海军为代表的国外海军在反潜战领域面临的主要风险和挑战，分析了国外海军正在发展的有人无人协同进攻性反潜战概念和防御性反潜战概念，剖析了无人自主系统在未来反潜作战中的地位作用，结合虚拟作战场景对有人无人协同反潜战的作战效能、采办成本和运维成本进行了深入分析和对比研究，提出了对无人自主系统反潜战运用未来发展趋势的认识。
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2021,4(6):461-468, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.06.005
Abstract:
搭载侧扫声呐(side-scan sonar，SSS)的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV) 执行大规模海上搜救(search and rescue，SAR)任务时通常采用区域覆盖路径规划(coverage path planning， CPP)技术。由于任务失败的可能性很大，因此实现完全覆盖的同时，优先搜索目标可能存在的区域并提高侧扫声呐的数据质量十分必要。针对以上问题，提出了一种面向操作的全覆盖路径规划方法 SAS-A*，通过生成全覆盖路径，有效提高目标可能存在区域的覆盖速度和声呐数据的质量。该方法基于救援专家预测的目标位置和轨迹，采用二维高斯分布建立目标存在的概率模型，作为路径规划的先验信息。提出的 SAS-A*算法将下一个路径点选择策略转化为多目标决策问题，采用加权度量法来进行多目标优化，使 AUV 以更短路程、更少的转弯优先搜索目标可能出现的区域。仿真结果表明：SAR- A*路径规划方法适用于大规模搜救任务，可快速提高目标的搜索概率。
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2020,3(2):157-165, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2020.02.012
Abstract:
从水雷装备和布雷能力 2 个方面介绍了美国水雷作战能力现状。重点介绍了近年来美国开展的水雷改进/研制项目和布雷能力建设情况，包括“快速打击”系列水雷、隐蔽投送水雷、先进水下武器系列、 “锤头”水雷，以及无人布雷平台等。总结了未来美国水雷作战能力，分析了美国水雷作战能力发展的特点， 提出了美国水雷发展对我们的启示。
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2022,5(3):185-195, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2022.03.001
Abstract:
随着海上行动愈发频繁和激烈，海上安全事故频发，深海打捞救援日趋重要。以美军 F-35C 战机南海坠机为案例，详细梳理深海打捞相关设备和流程，重点分析影响深海打捞作业的海洋环境要素，并使用业务化产品对比分析 F-35 战机 3 次坠海时海洋环境参数的异同，最后对加强遂行深海打捞任务的能力建设提出建议。
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2022,5(2):127-132, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2022.02.006
Abstract:
美国及其盟友为限制中国前出第一岛链进入西太平洋和北印度洋，采用天基卫星监测、水面舰船监听、水下潜艇区域探测、水下无人航行器及在海峡布设海底监听阵等方式在源头、航路及峡口等多个区域对我潜艇实施监视和跟踪。通过对潜艇不同探测装备分析，提出了一种具备水面、水下诱骗和打击能力的无人潜航器，敌反潜机诱骗、反潜直升机诱骗打击和潜艇掩护逃生等作战使用方法，对无人潜航器研发和使用具有一定的指导意义。
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2022,5(2):121-126, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2022.02.005
Abstract:
为提升水面舰艇编队水下防御能力，构建以水面无人艇为补充的编队水下防御装备体系是未来发展的重要方向。在总结国内外水面无人艇现状及发展趋势的基础上，分析了无人艇的发展必要性，结合水面舰艇编队防御鱼雷攻击的任务需求，开展了水面无人艇作战使用方法研究，并对其对抗效能进行了仿真分析评估。相关研究成果可牵引水面无人艇在水下信息对抗领域的发展与应用。
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2022,5(2):133-136, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2022.02.007
Abstract:
当今世界各国海军都非常重视反潜作战，在加快装备更新换代的同时，不断改进作战体系和样式。其中网络中心战是美军推进新军事革命的重要研究成果，目的在于改进信息和指挥控制能力，形成涵盖太空、空中、水面、水下的攻防对抗体系，其发展经验对于提升我国航空反潜作战能力具有非常重要的借鉴意义。
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2021,4(6):431-438, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.06.001
Abstract:
面向未来高机动水下潜航器对精确运动控制的需求，考虑到现有控制方法所面临的动态跟踪能力差、耦合系统控制精度低等不足，研究基于模型的控制方法。水下潜航器水动力非线性强、建模困难，研究了数据驱动的水下潜航器运动建模方法，可实现对潜航器未来运动的长时精确预报。面向微小型水下潜航器难以安装声学测速及推进器转速测量装置，研究了无声学传感信息下线速度多步预报技术，仅需惯导数据及推进器、舵角控制信号，实现对不同航次线速度长时精确预报。基于该建模方法，研究了水下潜航器 MPC 及基于模型的强化学习运动控制技术，基于仿真平台及无人机实物平台验证了控制方法的有效性。
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2021,4(6):529-533, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2021.06.015
Abstract:
DEMON 谱提取对于舰船目标识别有重要作用。研究了舰船噪声调制与解调原理，采用绝对值检波法提取 DEMON 谱，然后采用自动线谱识别与提取方法提取线谱序列，采用最大公约数法求线谱序列的基频，它是螺旋桨旋转的轴频。从实测舰船噪声数据中自动提取了 DEMON 谱，并得出其轴频，表明分析方法是有效的。
