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2024,7(4):356-364, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.001
Abstract:
水下同步定位与地图构建（SLAM）技术是水下机器人探索未知区域的重要手段，在复杂海洋环境中广泛应用。水下 SLAM 主要分为 3 种主流技术：前视声呐 SLAM、水下光学 SLAM 及基于测深信息的 SLAM。首先，对这些技术在海底地形测绘和深海资源勘探中的应用进行了总结，不同的技术显示出不同的适用性和准确性，其中多波束声呐技术因其高分辨率和大范围覆盖能力，在大规模海底地图构建中展现了优越性。然后，总结了人工智能技术等关键技术在处理复杂海底数据中的应用，例如通过神经网络优化的数据处理提高了地图构建的效率和精度。最后，对未来的 SLAM 技术进行了展望，未来通过算法优化和硬件发展， 进一步提升数据处理速度和降低能耗。
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2024,7(4):365-375, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.002
Abstract:
水空跨介质航行器凭借其能够在水下和空中 2 种介质中航行的特性，在近几年一直保持着很高的研究热度。跨介质航行器在军用和民用领域的应用前景均非常广阔，不仅能够完成水下侦察、探测等工作， 还能实现高速巡航和隐蔽突防。该类航行器需要自主完成出入水过程，故以一些能够穿越水气界面并在 2 种介质中行动的动物为研究对象展开的仿生研究也成为了持续关注的焦点。由于柔性材料更符合自然界中一些生物的身体构造，且柔性机翼的设计有助于解决采用刚性机翼时出现的一些问题，柔性翼仿生跨介质航行器有着广阔的研究前景。简要介绍了目前国内外已有的刚性翼跨介质航行器，重点介绍柔性翼仿生水空跨介质航行器的研究成果，并探讨目前柔性翼仿生水空跨介质航行器研制过程中可能出现的难点。
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2024,7(4):376-382, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.003
Abstract:
针对海底复杂地形地貌场景，以及自主水下潜器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）航行时存在扰动，搭载大量程侧扫声呐设备进行广域快速搜探时，采集的侧扫声呐数据在生成图像时，存在严重的瀑布图畸变、增益失衡、亮暗不均的问题，难以直观呈现海底地形地貌。结合侧扫声呐成像原理、侧扫声呐设备特点、AUV 运动传感信息、图像处理方法，提出融合运动特性与海底基线提取的畸变校正方法、融合侧扫声呐设备特性的垂向增益校正方法、自适应直方图均衡的亮度校正方法。实验表明，所述方法可清晰呈现地形地貌信息。
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2024,7(4):383-388, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.004
Abstract:
水下移动对接是无人水下航行器（UUV）回收的重要发展方向，它对坞站的集成化设计、水动力设计等有较高要求。为进一步研究 UUV 移动坞站回收技术，提出一种水面船有缆拖曳式坞站结构，进行紧凑型布置设计与稳态流体性能评估，并结合现有 UUV，通过湖试验证了 2 kn 拖曳航速下的坞站姿态特性与对接性能，最终对接成功率达 80%。结果表明，该方案具有较高的可行性，其研究成果对水下移动对接技术研究具有一定借鉴意义。
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2024,7(4):389-396, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.005
Abstract:
在深水海管监测中，特别是对于海管着泥点定位和管线屈曲的监测，现有采用 ROV（Romotely Operated Vehicle）搭配多功能作业母船的监测技术方案存在监测成本高，船舶交叉作业风险高等缺点。提出一种具备扁平体构型、多推进器布置的新型混合式水下机器人 ARV（Autonomous Remotely Vehicle）。该 ARV 兼顾了 AUV（Autonomous Underwater Vehicle）智能性和 ROV 实时传输特点，可以满足海管铺设过程中自主性和实时监测的需求。根据设计目标和任务要求，采用模块化设计思想，完成了 ARV 的总体设计，并着重给出了艇型、耐压舱、推进系统以及控制系统的设计方案。为验证 ARV 的运动控制性能，在水池深水池进行试验测试，完成 ARV 定深、定向、定速控制实验，并模拟实际海管铺设过程完成了海管着泥点监测任务，实验结果表明控制系统能够有效支持 ARV 完成相关作业，验证了 ARV 的总体设计方法和控制系统的可行性和有效性。
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2024,7(4):397-404, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.006
Abstract:
SINS/DVL 水下组合导航时，受外界因素影响，DVL 信号不稳定和丢失情况时有发生，容易造成定位结果不连续或精度减弱。将 DVL 正常时段采集数据作为训练样本，采用径向基函数神经网络算法（RBF） 对 DVL 丢失时段信号进行填补。为降低系统噪声影响，选择采用扩展卡尔曼滤波（EKF）和自适应渐消 Sage-Husa 扩展卡尔曼滤波（SHEKF）2 种模式进行组合导航计算，得到不同计算结果。分析表明，RBF 算法能够用于处理 DVL 信号丢失情况，相同条件下，SHEKF 滤波模式能够得到更优计算结果，E 方向上位置误差相比 EKF 滤波减少约 50%。
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2024,7(4):405-410, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.007
Abstract:
自导水雷是典型的深水大范围精确打击水中兵器。简要论述了美俄先进的自导水雷发展背景、 作战对象及其技术发展呈现出智能化、信息化的趋势。研究分析了我国现有反潜体系和水雷装备作战能力的差距和不足，以及水雷在反潜作战中的战术使用特点，认为需要加大反潜水雷的应用，创新反潜战法，提出我国自导水雷装备应向察打一体和智能化反潜作战方向发展的建议。
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2024,7(4):411-418, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.008
Abstract:
研究了海洋机器人的水面协同通信对于实现海洋数据观测的关键性作用，并提出了一种基于 MQTT 与 LoRa 协同通信的解决方案，该方案能够有效解决海洋通信盲区和缺乏通用海洋机器人数据采集与控制一体化系统设计的问题。MQTT 通信协议具备轻量级、低带宽消耗和可靠性高等特点，适用于海洋环境中的数据传输。LoRa 通信技术则具备远距离传输和穿透障碍物的能力。通过结合这 2 种通信技术，可以克服海洋通信盲区和距离短的问题，实现水下机器人在水面的远距离数据传输和控制。此外，还通过模拟实验验证了数据传输链路的合理性，结果表明该系统能够有效解决水下机器人通信距离短和海上通信覆盖盲区问题。 因此，认为这种基于 MQTT 与 LoRa 协同通信的方案具备协同作用，能够为未来海洋物联网的搭建提供理论与技术基础，并推动物联网技术在透明海洋建设中的应用进程。
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2024,7(4):419-425, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.009
Abstract:
鱼雷是水面舰艇面临的主要威胁之一，如何有效防御现代鱼雷攻击是世界各国海军必须关心的问题。同水面舰艇导弹防御相比，水下作战空间的复杂性给水下鱼雷防御带来了更多挑战。水面舰艇成功防御现代鱼雷攻击，不仅需要采用软硬杀伤手段进行多层次防御，还应把对潜攻击作为一个高效的鱼雷防御手段。对水面舰艇综合防御鱼雷问题进行了探析，分析了防御对象多样性和防御手段相干性带来的挑战，讨论了现阶段制约鱼雷综合防御效果的突出问题，并从态势感知提升、防御手段改进和决策实施优化等方面给出了解决措施。成功实施攻防一体化的鱼雷综合防御，不但可以提高单次鱼雷防御成功率，还可以通过攻防转换影响后续鱼雷攻击，显著提高水面舰艇的生存概率。
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2024,7(4):426-435, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.010
Abstract:
海洋地处国防前哨，是维护国家安全的重要屏障，也是我国实施“一带一路”战略的重要载体。 超低频声波是唯一可以在水下远距离传播信息的载体，这使得大功率超低频声波发射装备逐渐成为海洋工程与研究的关键。电磁换能器具有结构原理简单、输出力大、成本低、易组成换能器阵列的优点，是实现大功率超低频发射的有效方式之一。目前，欧美发达国家已对大功率超低频电磁换能器进行了大量的理论和技术研究，并取得了一定的研究进展；国内该领域仍处于起步探索阶段，讨论了国内外大功率超低频电磁换能器的发展现状，分析了装备研制的关键技术，并对未来大功率超低频电磁换能器发展趋势和应用进行了展望。
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2024,7(4):436-443, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.011
Abstract:
针对水下航行体不规则波中波浪力计算的问题，基于三维边界元方法，考虑有限水深的影响， 开展了不同航速、航行深度和海况等级下的波浪力特性研究。首先，建立了适用于水下航行体波浪力计算的三维边界元模型。然后，采用数值积分方法解算速度势，并通过脉冲响应函数方法获得不规则波中航行体的波浪力和力矩时历数据。随后，通过模型试验结果验证了该方法的有效性。最后，对不同工况下的波浪力时历数据进行了统计分析。研究结果表明：增加航行深度可以显著降低波浪力，而恶劣的海况条件会显著增加波浪力。提出的基于三维边界元法的波浪力数值计算方法能够有效预测水下航行体在不同工况下的波浪力特性，为优化水下航行体的设计与控制提供了重要的理论支持和实际应用价值。
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2024,7(4):444-449, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.012
Abstract:
水声网络和北斗的结合为实时、原位、立体化的水下信息跨域传输提供了有效的技术手段。面向海洋环境监测应用，设计了一个基于北斗和水声网络的水下传感数据跨域传输系统并开展海试试验。该系统由多个水下传感节点与搭载北斗终端的跨介质节点组成，给出了系统水声网络物理层、MAC 层、路由层及北斗模块接口设计。厦门港的海试试验表明：原始海洋环境传感数据与水声–北斗跨域传输岸基接收数据完全一致，水下网络可通率为 92.5%，水下部分平均端到端延时为 101.43 s，初步验证了北斗–水声网络数据跨域传输的有效性。
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2024,7(4):450-455, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.013
Abstract:
垂直尺度特征是水下航行体目标区别于常规尺度模拟目标的重要特征。针对小孔径基阵目标尺度估计需求，提出了一种体目标垂直尺度估计方法，通过实测的水下航行体缩比模型高频回波测试数据进行垂直尺度估计。结果表明：能够通过小孔径基阵实现对水中航行体的尺度特征进行有效估计，并且发射信号的形式变化会有不同的特征表征结果。实验初步验证了方法的有效性。
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2024,7(4):456-462, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.04.014
Abstract:
分析了国内外典型海底信息网络，特别是海底观测网的建设发展现状；介绍了海底综合信息网的组成、各部分功能及网络拓扑结构；探讨了远程供电、水下接驳盒、信息传输及布放与维护等海底综合信息网建设和使用过程中的关键技术。基于以上信息，提出了构建一个集通信、观测和探测等功能于一体的海底综合信息网的设想。
2024年第7卷第4期
“水下无人航行器规划、导航与控制”专题
研究与应用
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自主式水下机器人推进器故障诊断综述
Abstract:
自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无人无缆运行在复杂的海洋环境中,AUV装备朝着大型化、高速化、精密化、系统化和自动化的方向发展。AUV的安全、平稳以及长时间运行是需要研究的重点问题,推进器作为AUV的核心部件和载荷最重的部件,其故障诊断技术对于保障AUV安全运行起到极为重要的作用。推进器故障特征微弱且易受到海流等外部随机特征的干扰,随着设备检测传感器与采样频率的增加,有利于建立新理论和共同认可的推进器故障诊断办法。研究推进器的故障诊断理论和方法,特别是开展推进器相关的故障识别和容错控制,能够有效增强AUV的运行可靠性,促进AUV实用化进程,相关研究的理论价值和工程应用价值非常大。
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水下航行器辐射噪声仿真及试验研究
Abstract:
水下航行器的声防护性能一直受到广泛的关注，由动力装置振动产生的辐射噪声严重影响水下航行器整体辐射噪声水平。为准确计算辐射噪声大小，通过振动测试获取水下航行器基座位置的振动加速度级，以基座位置的真实振动加速度作为输入，应用有限元法计算水下航行器的辐射噪声，并与水下航行器辐射噪声实测值进行对比。结果表明，水下航行器辐射噪声的仿真计算值与实测值较接近，仿真计算值与实测值的差距范围为0.2-3.9dB，辐射噪声大小随频率变化规律与实际情况一致。此种方法准确、高效，对于计算水下航行器辐射噪声大小和指导水下航行器减振降噪设计有十分重要的意义。
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基于连续帧与注意力机制的水下小目标自主检测算法
Abstract:
针对声呐对水下小目标探测时目标特征少,常规目标检测算法性能不佳的问题,提出了一种以YOLOv5目标识别算法为基础的连续帧识别改进算法。该算法通过连续帧数据提取模块以及轻量的通道空间注意力模块,提取声呐连续帧信息,提升了YOLOv5算法的识别能力。湖上前视声呐时序数据集算法验证试验表明,在几乎不增加推理时间的前提下,改进算法的平均检测精度比YOLOv5算法提升了13.7%。该改进算法预期可在水下小目标自主检测任务中应用。
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海洋智能预报发展与装备应用展望
Abstract:
全球海洋预报大模型与大数据应用、气象预报模型发展密不可分,文章简述了基于深度学习的人工智能技术在气象预报、海洋预报中的应用和特点。重点报告了我国各科研机构在全球海洋预报大模型领域的研究现状。结果表明,当前在数据驱动建模、海洋大数据分析、海洋要素智能预报等领域研究达到世界领先水平,预报周期、关键预测准确率超过目前世界先进预报系统。最后,结合海洋强国战略,分析并展望了海洋智能预报在装备应用领域发展中存在的挑战,及考虑海洋安全背景下针对数据处理和装备应用等方面的研究方向。
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人工智能技术在无人艇智能控制方面的应用展望
Abstract:
随着人类探索海洋活动愈加频繁,水面无人艇以可替代人类在恶劣环境完成危险作业任务这一优势得到了广泛的关注与长足的发展。伴随着智能化技术的发展,人工智能技术与无人艇智能控制的结合也越来越紧密,人工智能技术的出现提升了水面无人艇的自主航行、态势感知、水下探测和健康管理能力。首先,本文对水面无人艇在以上四个方面的发展的必要性与技术难点做简要介绍与分析；然后,分别对四个方面的发展和人工智能应用情况做总结回顾,并结合当前技术困难做简要分析；最后,总结了水面无人艇在智能控制方面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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基于深度学习的星载SAR海洋内波自动检测研究
Abstract:
海洋内波是由海水密度陡变和外力扰动所引起的一种海洋内部的波动，在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）遥感图像上通常呈现出亮暗相间的条纹特征。本文基于2014年至2021年的390景Sentinel-1 SAR海洋内波遥感图像建立训练与验证数据集，结合旋转目标检测算法，使用迁移学习方法对模型进行训练，得到基于旋转框的海洋内波自动检测模型，并将检测结果与YOLOv8的检测结果进行对比。研究结果表明，旋转目标检测模型较YOLOv8能够取得更为优异的海洋内波自动检测结果，其精确率达到93.06%，召回率为90.24%，在精确率较高同时还能保证较低虚警。旋转目标检测模型为海量星载SAR海洋内波自动快速检测提供了一种新手段，该方法在检测海洋内波的同时还可提取内波传播方向信息，为针对性开展海洋内波动力学参数反演和过程研究提供了技术基础。
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水下掩埋目标电场探测方法及发展
Abstract:
主动电场探测技术依靠激励源发射电场信号,通过测量电位信号实现目标探测。根据当前主动电场探测掩埋目标研究进展,简要介绍了其原理,对国内外掩埋大目标领域的关键技术(海洋可控源电磁法)的研究现状以及发展趋势进行了归纳整理；针对主动电场探测水下掩埋小目标的问题,详细介绍了国外实验、先进设备的工作机理,总结了国内相关领域的研究,对比显示了当前国内的研究内容的匮乏；通过对水下电场传感器国内外研究现状的分析,指出国内在水下掩埋目标主动电场探测领域已有的基础。最终对该技术的发展及应用前景进行了展望。
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基于强化学习的AUV对接控制算法研究
Abstract:
自主式水下航行器（AUV）是人类探索和利用海洋的重要装备，能否足够智能化地解决路径规划控制问题是AUV完成其他复杂任务的基础。考虑终端姿态约束下的局部路径规划问题，结合AUV的自主对接控制这一实际使用场景，基于改进的深度强化学习算法（DRL）开发了一种对接控制器，使其具备自主对接能力，延长其续航时间。考虑实际工作场景中的复杂海浪干扰因素，使用了非线性扰动观测器（NDO）来估计AUV三维运动中各自由度的外部扰动，并结合可测量的状态量为DRL智能体设计了科学的观测量及奖励函数，使AUV能够在扰动环境中完成三维对接控制任务。仿真结果表明了提出的方法的有效性和鲁棒性。
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基于MBSE的跨域无人集群系统指控软件设计技术
Abstract:
跨域无人集群系统包含多种无人平台,可执行复杂多样的任务,其指控系统设计涵盖多种技术方向,需求复杂多变,传统的设计方法难以满足跨域无人集群指控的设计需求。针对上述问题,提出一种基于MBSE的指控软件设计技术,该技术基于Harmony方法论,在需求分析方面,结合SysML的需求图对软件需求进行了分析,在系统设计方面,结合SysML的模块定义图对系统结构和系统功能进行了设计,在系统验证方面,结合具体作战场景以SysML的活动图进行了任务流程描述。测试结果表明,软件具备一定的自主决策能力,验证了软件本身可满足实战需要。此软件设计技术可扩展性强,设计过程中能够进行快速的需求变更,设计的软件鲁棒性强,可以满足跨域无人集群系统的指控需求,对相关领域研究具有参考意义。
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一种浮标式航空自导深弹设计方案的评估方法
Abstract:
浮标式航空自导深弹的设计是以普通航空自导深弹的一般结构为基础,增加漂浮气囊、释放线缆、无线电发射接收装置等部件,使其可在悬浮状态下搜索和攻击潜艇。本文提出一种基于层次分析法(AHP)的浮标式航空自导深弹设计方案的评估方法,详细阐述了该方法的分析计算及构建指标体系的过程,进行了实例验证,可以有效帮助评估浮标式航空自导深弹的设计方案。
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自导水雷发展剖析
Abstract:
自导水雷是典型的深水大范围精确打击水中兵器，本文简要论述了美俄先进的自导水雷发展背景、作战对象及其技术发展呈现出智能化、信息化的趋势。研究分析了我国现有反潜体系和水雷装备作战能力的差距和不足，以及水雷在反潜作战中的战术使用特点，认为需要加大反潜水雷的应用，创新反潜战法，提出我国自导水雷装备应向察打一体和智能化反潜作战方向发展的建议。
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水下航行体不规则波中波浪力计算方法研究
Abstract:
针对水下航行体不规则波中波浪力计算的问题，本文基于三维边界元方法，考虑有限水深的影响，开展了不同航速、航行深度和海况等级下的波浪力特性研究。首先建立了适用于水下航行体波浪力计算的三维边界元模型，随后采用数值积分方法解算速度势，并通过脉冲响应函数方法获得不规则波中航行体的波浪力和力矩时历数据。通过模型试验结果验证了该方法的有效性，最后对不同工况下的波浪力时历数据进行了统计分析。研究结果表明，增加航行深度可以显著降低波浪力，而恶劣的海况条件会显著增加波浪力。本文提出的基于三维边界元法的波浪力数值计算方法能够有效预测水下航行体在不同工况下的波浪力特性。研究结果为优化水下航行体的设计与控制提供了重要的理论支持和实际应用价值。
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水下航行器液压式坐底支撑机构研究
Abstract:
针对水下无人航行器着陆坐底的需求,优化提出一种液压支撑杆式坐底辅助机构,进行了详细的技术设计并形成原理样机。经测试,该样机可耐2.5Mpa水压,具备1.8cm/s的支撑杆伸缩速率,高于10°的横倾调节能力与良好的位置保持能力,在25kg压载下经24h支撑杆仅发生0.5mm的位置变化。而后,将该样机配装于已有航行器进行了海试验证,验证了支撑功能。研究成果为水下坐底技术提供了新思路。
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基于侧扫声呐的深海广域复杂地形快速搜探声图优化方法
Abstract:
针对海底复杂地形地貌场景,以及自主水下潜器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)航行时存在扰动,搭载大量程侧扫声呐设备进行广域快速搜探时,采集的侧扫声呐数据在生成图像时,存在严重的瀑布图畸变、增益失衡、亮暗不均的问题,难以直观呈现海底地形地貌。本文结合侧扫声呐成像原理、侧扫声呐设备特点、AUV运动传感信息、图像处理方法,提出融合运动特性与海底基线提取的畸变校正方法、融合侧扫声呐设备特性的垂向增益校正方法、自适应直方图均衡的亮度校正方法。实验表明,本文所述方法可清晰呈现地形地貌信息。
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DVL数据失效时辅助SINS的神经网络改进算法
Abstract:
SINS/DVL水下组合导航时,受外界因素影响,DVL信号不稳定和丢失情况时有发生,容易造成定位结果不连续或精度减弱。本文将DVL正常时段采集数据作为训练样本,采用径向基函数神经网络算法(RBF)对DVL丢失时段信号进行填补。为降低系统噪声影响,选择采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和自适应渐消sage-husa扩展卡尔曼滤波(SHEKF)两种模式进行组合导航计算,得到不同计算结果。分析表明,RBF算法能够用于处理DVL信号丢失情况,相同条件下,SHEKF滤波模式能够得到更优计算结果,E方向上位置误差相比EKF滤波减少约50%。
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北斗-水声网络传感数据跨域传输设计与试验
Abstract:
水声网络和北斗的结合为实时、原位、立体化的水下信息跨域传输提供了有效的技术手段。面向海洋环境监测应用，设计了一个基于北斗和水声网络的水下传感数据跨域传输系统并开展海试试验。该系统由多个水下传感节点与搭载北斗终端的跨介质节点组成，给出了系统水声网络物理层、MAC层、路由层及北斗模块接口设计。厦门港的海试试验表明，原始海洋环境传感数据与水声-北斗跨域传输岸基接收数据完全一致，水下网络可通率为92.5%，水下部分平均端到端延时为101.43s，初步验证了北斗-水声网络数据跨域传输的有效性。
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基于异质多维集成的微型三分量磁通门传感器
Abstract:
采用异质多维集成技术,开发了一种T型微型三分量磁通门传感器。该传感器集成了基于微机电系统(MEMS)技术制造的具有钴基非晶带芯和螺线管励磁检测线圈的单轴螺线管磁通门芯片,通过PCB基板的正交连接以及单轴磁通门芯片与基板的键合,实现了三分量的全集成。测试结果显示,传感器在X、Y、Z方向上的灵敏度分别为1068V/T、1072V/T和1069V/T,噪声功率谱密度分别为0.069nT√Hz@1Hz、0.136nT√Hz@1Hz和0.102nT√Hz@1Hz,时间漂移峰值分别为7.5nT、23.5nT和17.8nT,线性响应范围为0-100μT。正交度测试表明,该传感器X-Y、X-Z、Y-Z轴之间的正交偏差分别为0.5°、1°和0.5°,可以满足对地磁场三分量的有效测量。采用更精密的基板加工技术和更精准的键合对准符号图案可以进一步提高异质集成三分量磁通门传感器的正交度。这项研究为微型高精度磁场传感应用提供了重要的技术支持。
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可变载多轴矢量推进UUV水动力特性数值研究
Abstract:
推进性能是水下航行器至关重要的性能之一，水下矢量推进技术凭借其全方位推进控制、高效推进效率和较低振动噪音水平，成为未来高性能水下航行器的最佳选择。【目的】为兼顾高速航行和低速机动的变载荷工作需求，本文提出了一种“2+4”可变载多轴矢量推进布局，可通过改变推进器朝向实现高速时的高效推进与低速时的高机动性。【方法】基于计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法，本文研究了装备有该新型矢量推进布局的水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）在直航、斜航等工况下的水动力特性及推进器偏转对水动力性能的影响规律。【结果】研究结果显示，高速巡航状态下UUV阻力与推进器转速呈抛物型变化关系；垂直面斜航运动与艏部推进器偏转对整机垂向力及俯仰力矩影响显著，且艏部推进器尾流会削弱艉部推进器性能；艉部推进器收放对UUV受力影响微弱，但可提供额外的控制力矩。【结论】本文的研究结果可为高性能水下航行器推进方式与布局的优化设计提供重要参考，可作为该新型UUV后续改型的指导方向。
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基于Openmax的水下声呐图像开放集分类
Abstract:
在人工智能技术快速发展的背景下，开放集识别作为一个新兴的问题领域受到广泛研究。本研究对FLSMDD声呐数据集进行了开放集识别任务的设计，旨在评估Openmax算法处理未知类别样本的能力，并与传统Softmax及其阈值化变体进行比较。研究通过结合残差网络和迁移学习技术，测试了不同算法在分类准确性和鲁棒性方面的表现。结果显示，Openmax算法在整体准确率上比Softmax提高5%，宏观F1参数提升了7%，加权F1宏观参数提高了6%，这表明其在处理未知类别的适应性和鲁棒性方面具有显著优势。未来研究将探索优化算法设计，以进一步提高识别精度和处理效率。本研究为开放集识别技术的发展提供了有力证据，也为深度学习在更广泛的分类问题中的应用奠定了理论和实验基础。
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大功率超低频电磁换能器国内外发展现状及关键技术分析
Abstract:
海洋地处国防前哨，是维护国家安全的重要屏障，也是我国实施“一带一路”战略的重要载体。超低频声波是唯一可以在水下远距离传播的信息载体，这使得大功率超低频声波发射装备逐渐成为海洋工程与研究的关键。电磁换能器具有结构原理简单、输出力大、成本低、易组成换能器阵列的优点，是实现大功率超低频发射的有效方式之一。目前，欧美发达国家已对大功率超低频电磁换能器进行了大量的理论和技术研究，并取得了一定的研究进展；国内该领域仍处于起步探索阶段，本文讨论了国内外大功率超低频电磁换能器的发展现状，分析了装备研制的关键技术，并对未来超低频大功率电磁换能器发展趋势和应用进行了展望。
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柔性翼仿生水空跨介质航行器研究现状
Abstract:
水空跨介质航行器凭借其能够在水下和空中两种介质中航行的特性,在近几年一直保持着很高的研究热度。该类航行器需要自主完成出入水过程,故以一些能够穿越水气界面并在两种介质中行动的动物为研究对象展开的仿生研究也成为了持续关注的焦点。由于柔性材料更符合自然界中一些生物的身体构造, 且柔性机翼的设计有助于解决采用刚性机翼时出现的一些问题, 柔性翼仿生跨介质航行器有着广阔的研究前景。简要介绍了目前国内外已有的刚性翼跨介质航行器, 重点介绍柔性翼仿生水空跨介质航行器的研究成果,并探讨目前柔性翼仿生水空跨介质航行器研制过程中可能出现的难点。
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海管监测ARV总体设计与试验
Abstract:
在深水海管监测中,特别是对于海管的着泥点定位和管线屈曲的监测,现有的采用ROV(Romotely Operated Vehicle)搭配多功能作业母船的监测技术方案存在监测成本高,船舶交叉作业风险高等缺点。本文提出一种具备扁平体构型、多推进器布置的新型混合式水下机器人(Autonomous Remotely Vehicle)。该ARV兼顾了AUV(Autonomous Underwater Vehicle)智能性和ROV实时传输能力,提高了探测和搜索能力,可以满足海管铺设过程中自主性和实时监测的需求。根据设计目标和任务要求,采用模块化的设计思想,完成了对ARV的总体设计,并着重给出了艇型、耐压舱、推进系统以及控制系统的设计方案。为验证ARV的运动控制性能,在校内深水池进行试验测试,完成ARV定深、定向、定速控制实验,同时模拟实际海管铺设监测,实验结果表明本文所设计的控制系统能够有效支持ARV完成相关作业,验证了ARV的总体设计方法和控制系统的可行性和有效性。
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基于MQTT与LORA的海洋机器人水面协同通信系统设计
Abstract:
海洋机器人协同通信是实现多机高效编队观测的根本基础。针对海洋通信存在盲区以及目前市场上缺乏通用的水下机器人数据采集与控制一体化系统设计的问题，本研究提出了一种基于MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)与LORA（Long Range Radio）协同通信的解决方案。通过将MQTT和LORA通信与水下机器人集成，实现了对水下机器人的远距离数据传输和控制指令收发，该系统创新性的在海洋数据传输中应用了MQTT通信协议，且通过模拟实验对数据传输链路进行了合理性验证，实验结果验证了该系统可有效解决水下机器人通信距离短和海上通信覆盖盲区问题，本研究为未来海洋物联网的搭建提供了理论与技术基础，推动了物联网技术在透明海洋建设中的应用进程。
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水下SLAM技术：挑战、进展与未来方向
Abstract:
水下同步定位与地图构建(SLAM)技术是水下机器人探索未知区域的重要手段,在复杂海洋环境中广泛应用。水下SLAM主要分为三种主流技术：前视声呐SLAM、水下光学SLAM及基于测深信息的SLAM。首先,对这些技术在海底地形测绘和深海资源勘探中的应用进行了总结,不同的技术显示出不同的适用性和准确性,其中多波束声呐技术因其高分辨率和大范围覆盖能力,在大规模海底地图构建中展现了优越性。然后,总结了人工智能技术等关键技术在处理复杂海底数据中的应用,例如通过神经网络优化的数据处理提高了地图构建的效率和精度。最后,对未来的SLAM技术进行了展望,未来通过算法优化和硬件发展,进一步提升数据处理速度和降低能耗。
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水下移动对接坞站设计与试验研究
Abstract:
水下移动对接是无人水下航行器(UUV)回收的重要发展方向,它对坞站的集成化设计、水动力设计等有较高要求。为进一步研究UUV移动坞站回收技术,提出一种水面船有缆拖曳式坞站结构,进行紧凑型布置设计与稳态流体性能评估,并结合现有UUV,通过湖试验证了2kn拖曳航速下的坞站姿态特性与对接性能,最终对接成功率达80%。结果表明,该方案具有较高的可行性,其研究成果对水下移动对接技术研究具有一定借鉴意义。。
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水面舰艇综合防御鱼雷问题探析
Abstract:
鱼雷是水面舰艇面临的主要威胁之一,如何有效防御现代鱼雷攻击是世界各国海军必须关心的问题。本文对水面舰艇综合防御鱼雷问题进行了探析。同水面舰艇导弹防御相比,水下作战空间的复杂性给水下鱼雷防御带来了更多挑战。水面舰艇成功防御现代鱼雷攻击,不仅需要采用软硬杀伤手段进行多层次防御,还应把对潜攻击作为一个高效的鱼雷防御手段。文章分析了防御对象多样性和防御手段相干性带来的挑战,讨论了现阶段制约鱼雷综合防御效果的突出问题,并从态势感知提升、防御手段改进和决策实施优化等方面给出了解决措施。成功实施攻防一体化的鱼雷综合防御,不但可以提高单次鱼雷防御成功率,还可以通过攻防转换影响后续鱼雷攻击,显著提高水面舰艇的生存概率。
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典型浅海环境参数对声传播损失影响及试验验证
Abstract:
针对典型浅海环境参数对声传播损失影响问题,本文提出了一种基于海底边界反射系数修正的改进耦合简正波—抛物方程模型,设计并开展了典型南海海域声传播损失测试试验,模型相对误差小于4%、均方根误差小于3dB,验证了模型的准确性。接着,分别对声速剖面、海面海况、海底底质、海底地形4种海洋环境参数,设计了5种工况,进行仿真计算分析。得出声速剖面主要影响声会聚区的分布,负梯度下声会聚区能量多集中于海底和声源深度附近,而正梯度下声会聚区能量多集中于海面附近；浅海环境下声传播损失分布受海面海况、海底底质因素影响较大；海底地形是影响水下声传播损失的主要因素,海底斜坡既可以汇集声波能量,也可以使其发散。
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基于CFD的TBL脉动压力水下航行器流激噪声计算
Abstract:
高速航行时的水下航行器的水动力噪声问题一直尤为突出。其中,水动力噪声分为流体脉动压力直接辐射声与流激噪声。流激噪声是结构表面受到湍流脉动压力引起结构振动产生的噪声。由于湍流扰动的随机性,表面脉动压力时空不均,在计算流激噪声时需要统计分析方法的介入。湍流边界层脉动压力的计算方法主要包括传统的半经验公式法计算和CFD流场分析计算。将二者相结合对流激噪声进行预报,在流场仿真中提取出频率波数谱预测模型所需的参数,分别使用有限元法和统计能量法代入并计算,对比结果与理论经验公式方法得到的结果,二者的噪声结果较为吻合
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基于改进粒子群优化算法的传感器误差集成校正
Abstract:
针对三轴磁通门传感器存在三轴非正交、三轴灵敏度不一致和零偏误差以及水下移动平台磁干扰等问题,本文提出了一种基于改进粒子群优化算法的集成校正方法。首先,详细描述上述误差并建立了数学模型。然后,基于匀强磁场环境中磁场传感器测得的总磁场为定值等特点,提出了基于改进粒子群优化算法的误差参数估计方法。仿真结果表明：提出的集成校正方法能够有效压制由传感器自身误差和平台磁干扰引起的测量误差,传感器测量精度得到明显改善；与传统粒子群优化算法相比,改进方法具有较高的求解精度和抗噪能力。
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柔性支撑推进系统-艇体耦合系统声振特性研究
Abstract:
【目的】旨在研究柔性支撑推进系统对桨-轴-艇耦合系统振动噪声的影响。【方法】建立柔性支撑推进系统-艇体耦合系统数值模型,基于有限元/边界元法计算螺旋桨纵向、水平及垂向激励力下柔性支撑推进系统-艇体耦合系统的声振特性,并与传统支撑方案进行对比分析。【结果】结果表明,艇体较大的辐射噪声主要由轴系-筏架耦合模态导致,合理提高筏架质量和刚度有利于降低艇体辐射噪声；相较于传统支撑,采用柔性支撑可明显降低艇体的辐射噪声,其中在螺旋桨纵向激励下降低14.65dB,水平激励下降低4.48dB,垂向激励下降低8.36dB。【结论】采用柔性支撑推进系统可降低艇体辐射噪声,为桨-轴-艇耦合系统振动噪声控制提供指导。
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基于机器学习的声子晶体结构声隐身设计
Abstract:
针对声呐导流罩中低频段振动控制以提高其全频段声隐身性能问题，提出了一种基于条件自编码器的声子晶体结构逆向设计方法，在目标频段逆向设计出的具有带隙的声子晶体结构可作为夹芯结构芯层，为声呐导流罩声振特性治理工作提供新思路。首先随机生成大量声子晶体周期单元，并提出两种策略扩充在目标频段内具有带隙的样本数量。针对有限元软件批量计算声子晶体结构带隙效率较低的问题，训练了卷积神经网络用于识别声子晶体是否具有带隙。最后将声子晶体结构以及带隙分布作为训练集训练条件自编码器，结果显示，卷积神经网络对结构的带隙具有很好的识别效果，识别准确率可以达到89%；条件自编码器能学习到人工周期结构的轴对称结构，生成的人工周期结构与原结构仅相差几个像素，且生成结构的带隙与原结构带隙误差小于1%，说明本文方法可以应用于声子晶体结构的逆向设计。
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基于极限学习自编码器的水声信号目标识别方法
Abstract:
传统的机器学习方法在特征提取时容易受到主观经验的影响,导致对水声信号目标的识别准确率不高。而一般深度学习算法模型较复杂,通常具有训练耗时、计算复杂度高等缺点,极限学习自编码器具有很强的非线性处理能力,适合针对具有非线性特点的水声信号目标的识别,而且模型具有学习速度快,泛化能力强等显著优势,本文将极限学习自编码器算法应用于水声信号目标识别中,并与卷积神经网络、自编码器和极限学习机识别方法进行对比,结果表明,本文提出的方法对水声信号目标识别的准确率最优,且训练时间较短。
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基于非线性干扰观测器的UUV反演滑模深度控制
Abstract:
针对水下无人航行器(UUV)在浅水海洋环境下的悬停作业需求，提出一种基于非线性干扰观测器的UUV反演滑模深度控制算法。首先，根据全驱动UUV的悬停运动特性，建立五自由度及解耦的垂荡通道动力学模型。然后，采用非线性干扰观测器(NDO)对时变海浪扰动与模型的不确定进行有效地估计，并证明了NDO的指数收敛特性。根据UUV的标称模型及NDO对扰动状态的估计，采用反演思路，设计了反演滑模控制器。通过引入双曲正切函数取代不连续切换函数，改进滑模趋近律，进而降低滑模的抖振效应。根据Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后，通过仿真实验验证了该控制算法的有效性与优越性。
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国产ADCP流速精度比测试验研究
Abstract:
针对低频ADCP的测速精度标检试验室条件无法满足的问题,参考国家及行业标准要求,在千岛湖采用同步比测方式进行了国产低频ADCP流速测量精度标检试验。通过试验区域的深度初探,结合试跑阶段的回波分析确定了比测过程的层数、层厚以及交替工作间隔时间等参数,在试验区域进行了多航速折返比测试验。试验结果显示,由于水体悬浮物少等因素,千岛湖水域的流层回波强度整体偏弱,相对而言ADCP近底流层测量会受到比较强的底回波的干扰；利用未受干扰的流层数据对比,国产DVLⅡ-300kHz型ADCP与同频率进口ADCP的剖面流速测量精度相当。
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高温燃气推进下水下航行体出筒发射数值模拟研究
Abstract:
水下航行器出筒过程往往伴随着着筒内高温高速气体的复杂流动和筒口水气多相混合流动，呈现出复杂的流动状态和变化规律，对航行器的发射动力、载荷以及出筒后的运动姿态等有着重要影响。本文以某水下航行器出筒发射为例，采用CFD方法开展高温燃气推进下水下航行体出筒发射数值模拟研究，通过不同网格密度下的水平方向位移和竖直方向位移比较，论证了本文数值模拟的收敛性。进一步，利用所建立的数值模型模拟了不同初始发射倾角、不同横向来流作用下高温燃气推进下水下航行器出筒过程，得到了航行器出筒后的偏转角度和速度，明确了筒口气泡发展变化规律、发射筒内外气体流动状态、发射过程中的速度场与温度场的典型特征等，为水下热发射系统的设计提供指导。
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基于多模态感知的水下目标检测应用研究
Abstract:
水下目标检测在海洋生物研究、考古探索、军事防御等多领域广泛应用，随着人工智能快速发展,水下目标检测也朝着无人化、智能化发展；深度学习采用神经网络挖掘信息特征,在速度和精度上均表现出优异的性能，成为了计算机视觉技术的主流算法，然而水下环境复杂，将其应用于水下图像目标检测仍存在较大的挑战；水下目标各模态信息互补，特征丰富，有利于目标检测识别，因此本文结合应用场景调研现有技术，然后设计基于深度学习的多模态水下目标检测系统，同时对比分析了现有关键技术优缺点；最后对多模态目标检测系统未来发展进行总结与展望，具有重要意义。
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关于充分利用海洋环境、发挥声纳装备性能的措施与建议
Abstract:
声纳装备的性能发挥与海洋环境密切相关。研究海洋环境对声纳装备的影响,积极推动环境适配型声纳装备的发展,对于综合利用水下探测和通信手段,提升我国水下信息化能力具有重要意义。本文着重分析典型海洋环境和过程对声纳性能的影响,包括不规则海底边界、海水的介质特性以及多尺度海洋动力过程,通过算例对比说明环境效应对声纳的影响。进而,针对声纳装备的使用和发展,围绕环境适应与适配提出。
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基于小波包变换特征向量提取的隐蔽水声通信性能评价方法研究
Abstract:
针对水声通信系统的隐蔽性缺乏客观、有效的评价手段，本文提出一种基于小波包变换提取信号特征向量并比较特征向量相似度的信号隐蔽性评价算法。为了区别截获信号和环境噪声，考虑从能量分布特征的角度，提取截获信号的特征参数。本文所提算法利用小波包变换具有更高的时频分辨率、自适应选择频带等特点，获取信号的小波包能量占比、小波包能量熵、小波包尺度熵，采用上述三个特征参数组成特征向量和利用余弦相似度算法判别信号隐蔽性。仿真实验和海试结果表明，本文所提方法得到的信号隐蔽性能基本符合实际信号隐蔽性能随信噪比变化规律，为隐蔽水声通信系统评估设计和水声对抗性能评级提供有效参考。
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基于字典序法的UUV集群决策性能评估方法研究
Abstract:
为实现对不同UUV集群决策性能的评估,以UUV集群自主抵近目标侦测为例,分析针对不同情况被测目标可能采取的不同策略,提出了评估UUV集群决策性能的5个指标:决策形成时间、目标停车集群响应时间、目标转向集群响应时间、目标旋回集群响应时间和目标加速集群响应时间,并建立了评估指标体系。参考已有试验测试结果,基于字典序法对5种类型UUV集群决策性能进行综合评估,并分析了该方法的优缺点,为不同类型UUV集群决策性能评估提供了研究思路。
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无人水下航行器定深控制模型参数优化设计方法研究
Abstract:
合适的控制模型参数能够保证被控对象在较快的响应时间和较小的超调量下达到控制目标，无人水下航行器定深控制模型参数的优化设计对提升水下航行器使用性能具有重要意义。首先建立了水下航行器空间运动学方程，基于Modelica建模语言构建了航行器虚拟样机及其定深控制模型；然后以响应时间和超调量最小为优化目标，采用非支配排序差分进化算法建立了水下航行器定深控制模型参数多目标优化流程，基于OPTIMUS平台构建了水下航行器定深控制模型参数优化设计工作流。以某水下航行器为对象的实验结果表明所提方法可快速获得较优的PID控制模型参数，优化后的水下航行器定深运动控制特性显著改善。
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面向多区域高效搜索的UUV集群任务分配
Abstract:
UUV集群在执行大范围搜索任务时分配方案的优劣对于提高任务执行效率至关重要。本文研究解决UUV集群同时进行多区域搜索中的任务分配问题，使得全部区域搜索完成时长最小。针对传统匈牙利算法无法高效解决不平衡任务分配的问题，提出一种改进匈牙利多轮分配算法。该算法通过多轮任务分配，实现空闲UUV高效利用和目标区域合理分配，通过在代价函数中引入边际代价和保守估计时长，大大减小了全部区域搜索完成时长。仿真实验结果表明，本文提出的算法相比传统匈牙利算法能够合理分配空闲UUV提高分配效率。此外，相较于仅采用搜索时长为代价函数，本文在代价函数中引入的边际代价和保守估计时长能够针对耗时长的区域最大限度缩短搜索时长，保证随着UUV数量的增加，全部区域搜索完成时长单调递减。
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仿生机器鱼外形设计及流场阻力数值分析
Abstract:
在机器鱼设计过程中,鱼体、尾鳍的外形设计十分重要。为了研究流体阻力更小、推进效率更高的全鱼外形,本文以金枪鱼、海豚和旗鱼为仿生对象,建立了三种不同的机器鱼模型,运用动网格技术定义了边界条件,并用数值方法分析了三种模型在流场中的速度、鱼体受力等水动力性能。结果表明,旗鱼模型游动性能最好,相比于金枪鱼与海豚模型,行进过程中受到的阻力更小,且通过斯特罗哈尔数比较旗鱼模型推进效率更高；另一方面,新月鳍仿生鱼游动速度最高,是八字鳍仿生鱼的2.2倍左右；因此,旗鱼新月鳍机器鱼具有更好的游动性能。计算结果对减小机器鱼流体阻力,提高其推进效率提供了较好的参考价值。
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超低频电磁声源非线性动力学建模与分析
Abstract:
可变磁阻式电磁声源输出力大、体积小、易于实现超低频输出，在无人反水雷作战中具有显著优势。其动力学行为受到机械回复力和电磁力的耦合作用影响，当施加电流超过坍塌电流，电磁力将超过机械回复力，就会发生吸和，造成声源的损坏。为准确描述可变磁阻式电磁声源非线性动力学特性，预先评估坍塌电流，该文建立考虑动态漏磁系数的声源非线性动力学模型。通过三维有限元仿真计算动铁芯运动到不同位置处气隙的漏磁系数，拟合得到动态漏磁系数，根据等效磁路法建立声源的改进电磁力模型，进而建立电磁声源非线性动力学模型，通过Runge-Kutta算法计算得到阶跃激励下声源振动的位移和速度，绘制相平面图，研究稳定与失稳两种情况下的相轨迹的动态变化规律，为可变磁阻式电磁声源的设计和控制提供理论支撑。
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近海海洋环境对水声网络性能影响试验评估
Abstract:
水声网络已成为海洋信息获取、传输和感知的关键技术，并得到广泛研究。目前的水声通信研究主要集中于考虑时延、多径等水声信道影响因素。当海洋环境发生变化时，水声信道中的时延、多径的特性也会相应发生变化，从而影响水声通信系统的性能。然而，对于复杂海洋环境现象与水声网络性能的直接关联性的研究还较为有限。本文基于厦门海域进行的水声网络实验，从平均端到端时延，丢包率等网络性能指标评估风、浪、潮汐等典型近海海洋环境因素对水声网络性能的影响，并基于试验结果对海洋环境与水声网络性能进行关联性分析，实验结果表明水声通信网络的时延受到温度、风速和潮位变化的影响，存在一定程度的关联性。本文评估分析结论可为复杂近海海洋环境下水声通信网络的设计和应用提供参考。
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中法海洋卫星波谱仪有效波高中国近海评估
Abstract:
研究有效波高(Significant Wave Height, SWH)的特征对各种科学工程问题至关重要。中法海洋卫星(China-France Oceanography SATellite, CFOSAT)上搭载的世界领先的SWIM波谱仪能够测量全球范围内的海浪参数。已有大量研究对CFOSAT海浪产品在全球范围内进行评估,然而对区域的研究相对较少。本研究采用中国近海39个浮标的海浪数据来评估2020年SWIM二级产品的数据质量,空间和时间匹配窗口分别为100公里和5分钟。结果表明,经过严格的质量控制,SWIM有效波高产品具有较高的精度。在完全去除陆地干扰后,星下点SWH与浮标观测的一致性较高,均方根误差为0.346米,相关系数为0.943,散射因子为0.182。SWIM数据与浮标观测数据之间的总体差异随着SWH的增加而增大。6°、8°、10°入射角波束和合成波束SWH与浮标观测一致性良好,但精度略低于星下点SWH。这些发现都有力的证明SWIM二级产品在中国近海具有很高的可信度。
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基于遥感的海洋三维温盐场智能探测研究进展
Abstract:
海洋三维温盐场信息是描述海洋物理属性特征和掌握海洋物理运动过程的重要参数,获取准确的海洋三维温度和盐度信息对于认识海洋、开发利用海洋和海洋科学研究等具有重要意义。随着人工智能与深度学习方法的发展,采用深度学习方法的海洋次表层三维温盐场智能探测研究成为热点之一。本文从海洋温盐观测数据集、传统机器学习方法三维温盐智能探测、一般神经网络三维温盐智能探测和深度学习三维温盐智能探测等方面展开,对与海洋三维温盐场智能探测相关的研究进展进行综述,论文最后针对三维温盐场智能探测存在的问题和未来的发展趋势进行了总结和展望。
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南海海洋温度锋面时空特征遥感分析
Abstract:
本文使用2015.5.30—2020.5.30年微波和红外融合SST数据,基于海面温度的水平变化梯度,获取了南海锋面位置、锋面平均强度及中心线长度。利用锋面信息结果,分析了南海锋面气候态分布特征和年际变化,开展锋面强度与海面风场的相关性分析。结果发现：南海区域探测到的8个锋面多为河口锋和陆架锋,均有明显的季节态变化。1、2月份检测到的锋面数量最多,所有锋面均可被检测；3~4月份有较小幅度地减少,主要体现在马来西亚-菲律宾西侧沿岸锋和泰国湾锋的消失；5~9月呈现持续减少的趋势,其中9月达到最小值,仅检测到台湾海峡及广东福建沿岸锋和越南沿岸锋；10~12月开始有所回升,南海北部沿岸锋面开始被检测到。所有锋面都在冬季风盛行时期平均强度较高,平均强度基本在0.04~0.06°C/km之间浮动。台湾海峡及广东福建沿岸锋平均梯度全年与风速的相关程度都在0.48以上,越南沿岸锋与纬向风相关系数最低为0.021。相比较夏季来说,冬季平均梯度与风速的相关程度较高。
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基于LLC4320环境数据的吕宋海峡声学特征分析
Abstract:
声波是水下信息获取和目标探测的主要手段,其在海洋波导中的传播特性及声场分布与海洋动力环境紧密相关。本文基于LLC4320再分析数据,针对吕宋海峡及其周边海域,开展了局部环境场特征和声学特征分析,评价了高分辨率数据对于声学特征研究的适用性。首先通过分析该区域1月份温盐场的时间和空间变化特征,结合跃层的空间分布和时间变化,研究了吕宋海峡区域的动力环境特征；其次开展了声传播规律的研究,并评价了声速、声传播特征等与温盐场的相关性,可为高分辨率的海洋数值模拟在海洋声学特征研究中的应用提供参考。
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基于再分析数据的南海三维温盐结构特征分析
Abstract:
掌握南海三维温盐场特征对于研究南海海洋动力环境及其对海洋气候变化的影响具有重要意义。本文基于海洋再分析数据GLORYS12V1和AVHRR OISST数据，开展了南海温盐空间分布及季节变化分析，以及海表温度对台风过程的响应特征分析。分析结果表明，南海海表温度一般为25°C-32°C，最高温度出现在8月的黄岩岛附近海域，海表盐度一般为32psu-35psu，最高盐度出现在7月的东海附近海域；温盐垂向结构表现为表层高温低盐，随着深度增加温盐季节性变化越小。南海地区温跃层深度存在明显季节变化特征，秋冬季节温跃层深度大于春夏两季。根据"威马逊"台风期间海表温度变化特征分析海表温度对台风过程的响应，台风期间南海水体垂向混合作用增强，海表温度降温明显。
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基于AVISO卫星高度计资料的黑潮表层流轴时空变化特征分析
Abstract:
黑潮是著名的太平洋西边界流,是东中国海环流系统的主动脉。我国东海和黄、渤海的水文状况,基本上受黑潮及其分支所制约,因此,对黑潮的研究受到国内外学者的广泛关注。针对AVISO高度计地转流资料,采用改进的特征线法和最大梯度法,实现对黑潮表层流轴的自动化探测。利用经验模分解方法对黑潮流轴的离岸距离序列进行了分解,并利用自组织映射方法对黑潮流轴进行了分类。结果表明,黑潮流轴在本州岛南部和九州岛南部海域摆动幅度较大,在四国岛南部海域摆动幅度较小。在九州岛南部海域，黑潮流轴在所研究时间段内有超过一半时间呈近岸平直特征，而“大弯曲”状态占比约35%。
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地转经验模态方法在深海声层析中的应用
Abstract:
为获取墨西哥湾区域海水的温度、盐度和比容异常数据,采用地转经验模态GEM方法,通过将墨西哥湾区域的所有历史实测温盐深数据整合在一起,建立一个散点的拉格朗日矩阵,将已有的温盐深数据投影到此二维空间上,从而建立一个传播时间与温度、盐度和比容异常的经验关系。进而结合IES实测的传播时间便可最终反演得到温度、盐度和比容异常,进而得到流速剖面。最后根据构建的墨西哥湾区域的地转经验模态,便可推知墨西哥湾区域的海水传播时延随着温度、盐度和比容异常的变化关系,从而能够更好的研究该海域,为深海温盐流的反演工作提供了有效根据。
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基于粒子群优化自抗扰控制的舵系统研究
Abstract:
舰载诱饵干扰弹作为重要的防御性武器,其舵系统对保证飞行控制系统的动态品质和飞行安全具有核心作用。传统的PID控制算法在抗干扰能力和快速响应能力方面存在局限性。为此引入粒子群优化技术并集成自抗扰和智能算法的优势,以改进自抗扰控制算法,提高舵系统的抗干扰能力和稳定性。针对自抗扰控制存在的离线调节问题,提出使用粒子群智能算法在线优化舵系统控制器的参数,以适应环境变化及时调整,解决控制性能受限问题。系统的仿真实验结果显示,与传统的PID算法和ADRC算法相比,基于粒子群优化的自抗扰控制方法在舵系统位置环控制中拥有更优的性能。
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东南亚海域HY-1C SST数据评估与校正
Abstract:
海洋一号C卫星(HY-1C)是服务于海洋水色水温、海岸带和海洋灾害与环境监测的业务化应用卫星,是海洋遥感数据的重要来源,对中国HY-1C卫星红外辐射计在东南亚海域的SST观测数据开展评估与校正工作具有重要意义。本研究基于多源卫星SST数据和Argo浮标测量温度数据,对中国HY-1C卫星在东南亚海域的SST数据进行了质量评估和改进工作。HY-1C SST数据的质量评估结果表明,HY-1C白天的平均偏差、标准差和均方根误差分别为-0.73℃、1.38℃和1.56℃,夜晚数据偏差分别为-0.95℃、1.57℃和1.83℃。与其他同类红外辐射计的数据质量对比发现HY-1C SST数据精度低于其他红外辐射计。采用月平均差值校正、SST分区域差值校正、SST分段校正三种校正方法对HY-1C SST数据质量进行改进,其中HY-1C SST分区域校正的质量提升最明显,标准差、均方根误差接近1℃,夜晚均方根误差比校正前降低了约0.8℃,白天和晚上均方根误差分别降低了32.52%、42.04%。
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渤海海表面盐度神经网络反演研究
Abstract:
海表面盐度是研究海洋生态环境和全球气候变化的重要指标。基于多层神经网络,利用实测海表面盐度数据和MODIS-Aqua遥感反射率产品,针对渤海建立了海表面盐度的反演模型,随后通过该模型分析了2022年3月至2023年3月四个季度的渤海盐度时空变化。研究发现：模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.66和0.39,优于先前文献提出的多波段线性模型(0.39和0.60)。渤海盐度的时空分析表明：黄河冲淡水是影响渤海海表面盐度重要因素,它致使莱州湾和辽东湾的盐度长期降低；9月份以后随着渤海冷流沿山东半岛南下,随后向渤海海峡和北黄海方向扩散。
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基于长时序卫星测高数据的印度洋中尺度涡遥感调查和验证
Abstract:
海洋湍流的基本结构之一是各种尺度的涡旋，既有构成背景场流的随机小尺度涡旋又有在统计意义上存在拟序结构的中尺度涡。针对印度洋广泛存在的中尺度涡，本研究使用长时间序列、空间分布均匀的卫星测高数据，开展了印度洋中尺度涡遥感调查和结果验证。结果显示，印度洋中尺度涡主要分布在南印度洋南极绕极流区域、澳大利亚西部海域、莫桑比克海峡以及北印度洋的阿拉伯海以及孟加拉湾。北印度洋由于空间区域所限，其中尺度涡生命周期和移动距离均较小；而南印度洋存在大量长生命周期的中尺度涡，部分涡旋可以横跨整个南印度洋运动。基于Argo现场观测数据以及多源海洋三维再处理数据，对中尺度涡遥感调查结果进行了验证，中尺度涡表层遥感信号与水下温度信号显示了较好的一致性。
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一种逆式回声仪传播时间数据的处理方法
Abstract:
逆式回声仪是深海声层析领域主要的信息采集设备,它发射声信号并根据接收时间来反演海洋区域的物理性质。但是由于海洋深度的不均匀性,不同设备采集的信息难以进行统一使用。针对上述问题,本文以墨西哥湾采集的信息为例,对逆势回声仪数据的采集和处理方法进行说明,详细阐述了数据的拟合和去噪处理。本文还针对季节偏差与参考面转化进行深入研究,提出了一种考虑季节偏差的方法,将季节偏差从测量数据中剔除,并将时间数据转化到定义参考面上,有效提升了数据处理方法的鲁棒性。本文的方法可适用于其他海域逆式回声仪数据的处理,也可为其他类似研究提供参考。
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基于机器学习的内孤立波遥感探测研究进展综述
Abstract:
海洋内孤立波是一种发生在稳定层化海水内部的波动，广泛分布于全球的各个海洋，在物质能量传输、海洋环流中发挥重要作用，对海洋工程建设、舰船航行安全等也有重要的影响。对海洋中内孤立波进行准确的检测和识别，对于增进我们对物理海洋的了解，以及维护海洋环境的安全具有重要的研究价值。传统内孤立波的检测识别方法主要应用小波分析、边缘检测等图像处理技术，需要人工干预，很容易受到人为判别的干扰。随着人工智能的发展，机器学习方法在检测和识别内孤立波方面显示出了相当的优越性，尤其在准确性和自动化方面。除此之外，机器学习方法在内孤立波的参数反演和传播预测等方向的研究也有一定的发展。
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波浪条件下小型回转体高速入水动力学特性研究
Abstract:
采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法，建立了刚体入水六自由度响应模型，实现了波浪环境下小型回转体高速入水过程的数值模拟。对波浪环境下小型回转体高速入水过程中的运动姿态、冲击载荷进行讨论分析，结果表明，波浪条件下入水点相位不同，导致回转体实际入水角不同，实际入水角越大，入水冲击载荷越大，弹道越稳定；实际入水角越小，入水冲击载荷越小，弹道越易发生失稳。本研究表明入水点相位对小型回转体弹道特性和冲击载荷产生影响，进而为波浪条件下跨介质武器低载稳定入水提供基础性技术支撑。
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基于YOLO算法的海洋中尺度涡三维结构构建
Abstract:
海洋中尺度涡是一种常见的中尺度海洋现象,研究海洋中尺度涡的分布及运动特性对航运、气候、军事等具有重要作用,海洋中尺度涡的识别是海洋学和计算机科学领域的一个热门研究课题。本文运用深度学习的方法和框架,对中尺度涡的二维识别和三维结构构建展开研究分析。首先,获取全球海洋再分析数据并进行流线可视化,构建涡旋流线数据集；其次,利用YOLO v5s卷积神经网络对涡旋流线数据集进行训练,并对南海区域中尺度涡进行有效检测。实验结果表明,YOLO v5s训练后得到最优模型经过测试,平均检测精度均值达到了86.10%；最后,根据涡旋检测结果,对检测出的同时刻不同深度的涡旋判断是否属于同一涡旋,确定后进行该涡旋的三维结构构建。
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基于强化学习的半潜式航行体回收辅助操控技术应用
Abstract:
半潜式航行体回收过程耗时较长,对操纵者经验、技术门槛高,试错成本大。针对此问题提出VH-PPO算法,从收敛性、期望收敛时间的上下界、时间复杂度三个方面分析其性能,其中通过人工操控成功的历史数据给予初始概率分布并在此基础上进行训练,省去了自由探索不断试错的过程,可有效减小期望收敛时间,使训练模型更快的收敛,从而降低算法的时间复杂度。针对训练时不同的阶段,选择更优的超参数,防止超调和欠调现象,可帮助训练模型更好的收敛,降低期望收敛时间的上下界,从而降低算法的时间复杂度。在OpenAI Gym上通过该算法进行强化学习,训练完成后应用于操控软件,在三亚某海域进行验证并进一步调整模型,实验结果表明:随着试验次数增加,智能体在真实环境中的适应能力越来越好,辅助操控指令在总操控指令中占比超过50%,有效的减缓了操纵者的疲劳,降低了新手训练难度及替换操纵者的门槛。
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基于改进遗传算法的无人水下航行器路径规划
Abstract:
针对无人水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV)运动约束多，传统遗传算法的路径寻优效率低、收敛速度慢等问题，提出了一种改进遗传算法的AUV路径规划方法。该算法选用栅格法构建环境，使用路径长度、平滑度和危险区域作为评价函数。改进遗传算法种群初始化过程，引入周围点栅格提高收敛速度，同时结合灾变思想避免群体陷入局部最优解。该算法根据AUV最大转角的约束条件，设计了AUV平滑过程和删除过程，避免了AUV航行出现急停急转。仿真及湖上试验结果表明，改进遗传算法相比传统遗传算法路径长度减少11.4%，收敛速度加快20.0%且收敛路径满足AUV航行约束要求。
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基于自抗扰的双环路UUV航向角控制方法
Abstract:
针对水下无人航行器(UUV)受到海流海浪等外部扰动与内部模型不确定导致航向角控制品质下降的问题,提出一种基于自抗扰(ADRC)的双环路航向角控制方法。首先,建立了UUV的六自由度动力学、运动学模型与水平面动力学模型。然后,设计了一种非线性控制器,将自抗扰控制与双控制环路相结合。针对系统航向控制所受内部与外部等非线性因素的影响,采用扩张状态观测器对“总和”扰动进行观测与补偿。在采用自抗扰控制的航向角反馈控制回路的基础上,增加航向角速度内环,降低系统对扰动的灵敏度,改造被控对象的传递函数,为外环路提供良好的被控对象模型。最后,通过仿真实验验证了该控制方法的有效性。
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大功率超低频膜结构电磁声源振动特性研究
Abstract:
膜结构电磁式声源具有体积位移大、超低频声场可控、适装性佳等显著优势，在扫雷声源方面具有广阔的应用前景；辐射膜是声源核心振动部件，研究辐射膜的振动特性对于电磁声源的设计及应用具有重要意义。本文研究了一种膜结构电磁声源振动特性的解析方法。首先，建立了真空中电磁声源圆环膜自由振动的解析模型，其次，采用分离变量法求解得到真空中圆环膜自由振动的固有频率和振型，通过与文献数据对比及有限元仿真验证了理论解的正确性；然后，分析了不同边界条件下和圆环膜半径的变化对膜在真空中的振动特性的影响；最后，考虑声源实际水下工况粘性液体负载与内部填充压力的影响，得到了电磁声源实际工况中不同尺寸圆环膜低频强迫振动的幅频特性与声源振动体积位移。本文所提方法可较准确反映实际工况下电磁声源振动特性与声辐射能力，可为大功率电磁声源的设计和结构优化提供重要参考。
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基于CFD方法的十字形降落伞-航行体系统数值分析
Abstract:
为研究航行体对十字形降落伞流场和阻力性能的影响，基于Realizable k-ε模型采用PISO算法开展了十字形降落伞-航行体系统的非定常绕流数值计算，获得了精细的流场情况。研究了不同拖曳比下十字形降落伞-航行体系统的流场分布规律与降落伞衣及航行体的气动特性变化，结果表明：当拖曳比λ≤2时，航行体和降落伞衣形成闭式流动，降落伞衣阻力损失严重，当拖曳比λ>2时，航行体尾流区的压力恢复，降落伞衣底部形成稳定的正压区，流动形式由闭式转化为开式，拖曳比λ最大时的压差Δp相较拖曳比最小时的压差增加12%。降落伞衣阻力恢复，阻力波动减小，当拖曳比λ=4时，降落伞与航行体的阻力分别增加1.8%，25%。速度与压力云图显示十字形降落伞-航行体系统的流场和压力分布更为对称，且气动特性处于最佳状态。
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自激振荡磁感应传感器研究
Abstract:
面向数字式、小体积的磁场传感器应用需求，现有的感应式磁场传感器普遍存在硬件电路复杂、数字化需要使用模数转换器件且难以实现小型化的问题，需探索一种新原理磁场传感器。因此，本文提出了一种基于自激振荡磁感应技术的磁场传感器，该传感器测量原理基于激励电压占空比与被测磁场的线性关系。与其他磁场传感器相比较，本文提出的磁场传感器输出为占空比形式，不需要额外的滤波电路和模数转换电路，硬件电路较为简单，因此有利于实现数字化和小型化。同时，本文分析了自激振荡产生过程，建立了激励电压占空比与被测磁场的理论方程。制作了原理样机，验证了基于自激振荡磁感应技术的传感器实现的可行性。结果表明，在开环条件下，±100000nT量程下传感器的线性度在0.98%。
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一种水声组网定位一体化系统设计与实现
Abstract:
水声网络已在海洋信息立体化获取、传输、感知领域中得到广泛研究和应用，水声网络节点的位置是水声网络协议设计、多样化应用中常常需要的重要信息。依托全球定位系统定位、采用常规水声定位技术获取水声网络节点位置等解决方案存在着无法直接水下应用、多节点需多次定位效率低、需要精确时间同步等问题。本文提出一种水声组网定位一体化方案，该方案利用水声网络运行过程中网络节点互联互通进行的交互可以直接通过应答测距方式进行节点位置解算，从而实现在不影响网络通信的情况下，无需精确同步的通信定位一体化功能。给出了系统组网通信、测距、定位、误差校正等核心环节的设计过程，设计了一套小规模水声网络通信定位试验系统，并开展湖试试验。湖试试验结果初步表明了该系统组网、定位一体化的有效性。
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基于数据驱动的无人机编队最优控制算法设计
Abstract:
无人机编队具有广泛的应用价值和发展前景，然而，无人机动力学模型的非线性和耦合性，以及实际应用中的不确定性限制了其应用。为了解决模型不精确问题，本文提出了一种数据驱动的自适应动态编程（ADP）最优编队控制器设计方法。该方法结合了分布式一致性和线性二次方相关理论。首先，通过建立虚拟领航-跟随者模型，可以将四旋翼无人机的复杂非线性动力学模型简化为四个线性子系统，并解耦它们的相互影响。接下来，针对每个子系统设计编队控制器。随后应用李雅普诺夫理论对算法进行稳定性分析。最后通过仿真，验证了所提算法的稳定性和有效性。
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基于BP神经网络的航磁补偿方法研究
Abstract:
水中未爆弹危害极大，航空磁探因探测效率高的优势，常用于水中未爆弹的探测。飞机干扰磁场的存在限制了航空磁探的发展。传统的T-L模型待求参数间具有很强的复共线性，难以满足高精度磁补偿的要求。神经网络算法具有容错率高、求解精度高的特点。首先使用BP神经网络建立干扰磁场的数学模型。随后，通过仿真生成干扰磁场以及未爆弹目标磁场信号对算法进行验证。最后，利用四旋翼无人机平台进行目标探测试验，补偿改善比超过20，补偿精度优于0.5 nT。试验结果表明算法具有一定的工程应用价值。
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面向智慧海洋的MIMO探测通信一体化波束成形设计
Abstract:
随着智慧海洋的不断发展,海洋研究中海洋信息的可靠获取、高速传输和高效处理越来越重要。为此,考虑一个面向智慧海洋的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)探测通信一体化系统,在同一平台上共享相同的频谱资源来同时实现水下目标探测与通信。首先,对基于通信信号以及基于通信和探测信号叠加的两种一体化波形构成方法进行研究,在满足总功率及通信用户信干噪比需求的约束下,最小化MIMO探测发射波束图匹配误差和互相关图。然后,针对建立的两种波束成形设计问题,将其转化为二次半定规划问题并采用半正定松弛算法进行求解,得到探测通信一体化波束成形矩阵。最后,仿真结果验证了MIMO探测通信一体化波束成形设计的可行性。
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北斗卫星通信系统在海洋探测平台上的应用研究
Abstract:
卫星的通信导航定位是现代海洋环境立体观探测平台不可或缺的重要组成部分。本文基于北斗三号卫星全球导航通信融合技术特点，结合全域海洋环境探测任务背景，以站位国家海洋战略发展和工程集成现实的双向视角，通过剖析北斗三号功能、性能特性及在海洋环境立体观探测领域的应用需求；立足终端，重点从形态、方案、指标三个方面探讨北斗三号导通一体模组与海洋环境观探测无人平台嵌入式、模块化综合集成方案的探索与实现。
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基于海底侦测的目标轴频电磁场幅值特性研究
Abstract:
随着我国对海洋国防的不断重视，以及传统声学探测水下目标技术问题的难度加大，水下目标电磁探测技术近年来取得长足进步。轴频电磁场是水下目标电磁探测技术的重要研究内容，然而，目前相关仿真研究仍多基于测线分析，而针对测网观测的轴频电磁场空间分布特性和可探测范围的相关研究仍较为匮乏。本文分析了前人研究存在的问题，并以时谐水平电偶极子作为等效场源，基于积分方程法模拟讨论探测装置位于海底情形下轴频电磁场分布特性；之后，对基于海底观测网的轴频电场和轴频磁场的可探测范围进行了对比分析；然后，本文讨论了目标行进方位对轴频电磁场分布的影响；最后，笔者对轴频电磁场未来研究思路进行了展望。
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基于扰动观测器的非奇异模糊滑模无人船编队控制
Abstract:
【目的】本文针对含有模型参数不确定性、外界干扰与抖振现象的无人船编队问题,提出了一种基于扰动观测器的非奇异模糊终端滑模编队控制方法。【方法】首先,将领航者-跟随者与人工势场法相结合,获得无人船的编队构型并保证无碰撞现象；其次,基于Lyapunov能量函数设计出模糊控制规则,消除了控制器中的抖振问题；进而,提出了一种扰动观测器来补偿未知动态和外界干扰,增强了系统的鲁棒性和稳定性。【结果】通过理论分析和仿真结果验证了所提控制方法的有效性。【结论】基于所设计的编队控制方法,无人船最终可形成期望的编队构型。
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多波束测深声呐成像仿真及作用距离分析
Abstract:
AUV等无人装备研制过程中如何选择合适的多波束测深系统以满足特定作业场景是对工程技术人员关心的问题之一。本文从多波束测深声呐系统与AUV等无人系统的匹配角度出发，采用混响背景下的主动声呐方程建立了对不同工作频率多波束作用距离计算评估方法，对100kHz至500kHz的多波束测深声呐作用距离进行了计算对比。在此基础上，采用线性调频、FFT波束形成、脉冲压缩、样条插值扩充目标角度、Rife算法优化角度估计技术，建立了多波束测深声呐的成像仿真方法，并通过直线地形、台阶地形对多波束测深声呐的成像特点和测深分辨率进行了分析。主要结论：（1）建立了一种多波束作用距离评估的方法，可用于指导无人装备用多波束测深声呐频率参数的选型；（2）根据多波束测深声呐仿真结果，发现多波束测深声呐在140度开角以内可以保持较好的成像效果；（3）通过仿真分析了CW信号与线性调频信号下的距离分辨率，可用于指导波束测深作业时的高度、信号参数设置。
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单机动平台时差定位航路规划方法
Abstract:
单机动平台基于时差定位(TDOA)对水下目标定位时，观测平台的航行轨迹对定位精度有很大影响。针对如何规划航路并提升定位精度的问题，提出了一种基于改进动态窗口法(DWA)的单平台航路规划方法。在传统DWA算法的评价函数中引入了以水平精度因子(HDOP)最小化为准则设计的定位精度评价子函数。同时考虑到航向角和定位精度评价子函数的权重与观测平台到目标的距离有关，优化了航向角和定位精度评价子函数的权重系数，使其可以动态调整。仿真结果表明，改进DWA算法规划的航路能够在避开障碍物的同时提高定位精度。
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利用压电效应进行水下声能量收集的研究
Abstract:
为了解决水下低功耗无人设备的供能问题,给出了一种针对水下航行设备所发射特定频段的水声信号进行捕获和能量收集的方法。进行了对方法中所涉及的能量收集器的数学建模与仿真分析,证明方法的理论可行性。最后基于仿真结果与设计参数对系统进行试验设计,发现水声信号在400Hz,186dB时,采用30mm×40mm的单涂层压电陶瓷可以产生最大输出电压,为2.69V。使用能量收集器对该能量进行收集储存,测得其最大输出功率为315nW,证明该方法切实可行。
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基于辐射噪声特征的舰船目标识别分类方法综述
Abstract:
在水下声学研究中，对舰船目标进行识别和分类是一个非常重要的课题。舰船辐射噪声中蕴含着大量的特征量，可以对舰船目标进行识别和分类。首先，本文介绍四个水声目标辐射噪声数据库，这些数据库采集数据量较大，采集信息记录完整，不仅包含舰船目标，还有海洋生物、环境噪声等水下目标，可以为不同需求的研究人员提供数据支持。其次，本文总结水声领域内常用的舰船辐射噪声特征提取技术，从线谱识别、小波分析和非线性识别三个方向，对目前较为成熟的舰船辐射噪声识别技术进行总结。最后，文章从传统的识别技术和深度学习两个方向，分析了舰船辐射噪声识别方向的技术发展。传统的识别技术主要涉及到支持向量机、聚类分析等技术。深度学习是近年飞速发展的识别技术,是舰船目标识别的一个热点研究方向。本文旨在为舰船目标分类识别的研究者提供一个全面的研究现状和发展趋势的综述，为舰船目标分类识别的进一步研究和应用提供参考。
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微分有限元海缆磁异常探测方法研究
Abstract:
海缆在长久的电力信息输送过程中,损坏故障等突发事故经常发生,研究海缆在地磁背景下环境周围产生磁异常扰动信号,确定海底海缆轨迹和埋设深度,能够在突发状况之后迅速针对该区域内的海缆进行定位,及时对海缆进行维修。基于微元磁偶极子有限元仿真建立海缆磁场模型,探究了检测距离(CPA)、海缆长度(L)、背景磁场对海缆磁异常特性的影响规律。通过研究可知CPA
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基于稀疏贝叶斯学习的水下电场测向方法
Abstract:
水下电场是一种可用于对水下目标进行探测和识别的重要物理场，通过高灵敏度、低自噪声的水下电场探测系统，可实现对水下目标电场信号的远程测向。针对水下目标测向问题，提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的水下电场测向方法。该方法采用多个探测单元同时采集处理水下目标辐射的交变电场信号，再通过稀疏贝叶斯学习方法，实现对目标电场信号波达方向的估计，最终估计出目标与探测系统的相对方位。通过湖上试验，验证了该方法的可行性与鲁棒性。相对于常规波束形成算法，在一定测试场景下，该方法对16Hz频率的正弦波电场信号的测向精度提高了4.8°。
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基于磁异常信号解析的目标速度特性研究
Abstract:
水下磁性目标产生的磁场成为重要的水下目标非声探测信号源，本文对水下磁性目标的静磁场建模原理开展了研究。实现了均匀磁化的旋转椭球体模型和磁偶极子模型，并对两种模型在目标磁异常信号仿真上的适应性进行了分析，研究表明，相比于磁偶极子模型，旋转椭球体模型在传感器与目标距离较近时也能表现很好的适应性。因此，本文利用旋转椭球体模型，首先通过仿真计算构建了目标在不同运动速度状态下的近距离磁异常信号数据集，然后开展基于深度学习方法的水下磁性目标运动速度识别方法研究。最后识别效果在验证集和测试集上分别取得了0.17m/s和0.74m/s良好的误差精度，本文工作为后续目标的航向等状态识别奠定重要基础。
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基于改进LM-GN算法的磁性目标定位方法研究
Abstract:
利用三轴磁传感器阵列对水下磁性目标进行定位是典型的非线性最小二乘优化问题,传统高斯牛顿法(GN)和列文伯格-马夸尔特(LM)算法在求解该问题时具有初值敏感性问题,本文通过引入信赖域搜索技术,对LM算法进行改进,并基于改进的LM算法实现磁性目标定位,又通过设置判断阈值来评估迭代点与最优解的距离,提出一种结合改进LM算法和高斯牛顿法特点的改进LM-GN算法,既降低了算法对初始值的依赖性,又提高了运行效率。仿真实验结果表明,该方法可以克服现有方法中受初始值影响较大的问题,对目标特征参数的估计更精确,且收敛速度快,具有一定的实际应用价值。
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一种近程水下声光一体化高速通信系统
Abstract:
水下光通信具有高数据速率、低链路延迟等优势，但水体浑浊、对准困难等原因限制了其应用，声通信则因具有互补性可被用于组成声、光混合通信系统。但考虑到声、光信号不同传播特性，常规上此类声、光混合通信系统均采用声、光用独立调制、解调的方式实现，造成较高的硬件系统开销。本文提出了近程水下声光一体化高速通信方案，该方案采用PPM调制方式，基于同一套调制、解调模块以一体化的方式支持声、光两种通信链路，通过声、光两种通信模式的一体化实现，以更低的系统硬件实现复杂度提供具有更好的指向特性、水质、环境噪声适应性的近距高速链路。经水池实验验证：本文系统在近程通信时，声、光通信链路均可实现1Mbps数据速率的无误码通信。
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激发极化法在水下主动电场探测中的应用
Abstract:
介绍了一种来源于弱电鱼的仿生主动电场探测机制，为了优化主动电场探测方法，研究了勘探地球物理学中激发极化法的应用，认为，在同样的激发条件下，水下被测物也一样存在这种激电过程。搭建实验平台环境，使用小型蓄水池模拟海水域环境，辅以成熟的仪器设备，在这个实验平台中分别进行直流激电法与变频激电法电场探测实验。在两个不同的实验中，分别设定了不同的特征关系式对实验结果进行量化分析，每个实验分别对空白背景对照组、铜立方体、铜圆柱、铝立方体、铝圆柱与塑料圆柱体进行测试，直流激电法原理简单，还原度高，所有实验组与空白背景环境存在明显的差异，且所有金属物体的激电效应都强于非金属塑料，符合理论分析。而变频激电法实验相比于直流激电法没有那么明显的组间关联性与规律。
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水下仿生扑翼机器人的发展现状综述
Abstract:
参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生机器人，具有广阔的应用前景，水下仿生机器人近年来也逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体驱动、单体精确控制、任务集群控制等方向发展，新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态，并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。
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基于斯托克斯参量的水下主动偏振去散射研究
Abstract:
受浑浊水体自身吸收与微颗粒散射的影响，水下光学成像面临成像距离短、像质差的问题。本文将一种改进的主动偏振成像模型引入到水下成像去散射过程中，有效提升了探测的清晰度。相比于被动偏振成像模型，主动光源可以对入射光并 进行偏振调制，由此可以充分利用目标反射光与介质光的偏振特征差异进行分离选通。改进的主动去散射模型基于反射型目标反射光的偏振共模抑制效应，充分利用偏振斯托克矢参量S2分量，屏蔽目标信息干扰，进而准确重建介质光偏振度分布。以此同时将水下图像评价指标contrast作为反馈参量以实现背景噪声的最大化滤除。不同浑浊度水体中多目标类型的成像实验表明本文所提出的新方法相比于经典主动偏振成像方法，在噪声抑制与成像质量方面均 实现显著提升，特别是强散射环境下的成像contrast提升超过2倍以上。该项工作进一步拓展了利用偏振信息进行水下图像去散射的可行性，也证明了主动偏振成像技术在散射水体目标探测的重要应用价值。
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水陆两栖机器人水下动力学建模及操纵性研究
Abstract:
针对多模态水陆两栖机器人作业环境复杂使得水下运动状态难以预报等难题,基于CFD方法求解的水动力系数,构建了机器人水下运动的五自由度动力学和运动学模型。基于机器人水下动力学模型,采用四阶经典龙格库塔法,开展了机器人直航运动及水平面回转运动数值仿真研究,并进行了水池试验验证。试验结果数据与数值仿真结果误差均不超过10%,验证了机器人水动力系数及五自由度动力学模型的准确性,为水陆两栖机器人研制提供了理论与技术支撑。
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快速流动网络仿水母软体机器人的结构优化
Abstract:
水母在海洋内分布深度范围大,经过数亿年的进化,它具备极强的环境适应性。本文以水母为原型,提出了一种仿水母软体机器人结构。机器人采用快速流动网络(FPN)构建驱动结构,采用电推杆来实现仿水母软体机器人的外伞摆动。论文构建了仿水母软体机器人的总体模型,采用有限元法对机器人的结构参数(腔室和驱动器的尺寸)进行优化设计。采用精密加工模具实现了软体结构的制作,采用弹簧钢片对软体结构进行刚度加强,通过各部件的联接实现了模型的系统集成。通过对原型机的测试,验证了仿水母软体机器人的上浮驱动可行性。
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国内外多普勒计程仪发展现状和展望
Abstract:
声学多普勒测速计程仪(DVL)是利用多普勒效应研制的一种为水面、水下载体提供速度信息并计量航程的自主导航设备。对DVL的发展现状进行了分析,对美国Teledyne RDI公司目前在产的4款DVL系列化产品特征和性能进行了阐述。针对当前研究的关键技术难点如大深度多普勒计程仪体积受限的问题、水面航船空化造成能量衰减导致作用距离降低问题、航船姿态摇摆和安装误差问题、非典型海底地形等因素导致解算错误问题等进行了分析,从工程实用角度展望并分析了未来的研究发展趋势及面临的挑战,为高精度的DVL产品设计提供有益参考。
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大型AUV及其水面侦察技术浅析
Abstract:
传统的自主水下无人航行器（AUV）主要执行包括军事活动在内的水下情报收集、环境监测和水下目标探测与处置等。近年来随着信息化技术和人工智能的发展，AUV行业受到各界尤其是各国军方越来越多的关注，得到了快速发展和广泛应用。作为一种无人侦察平台，AUV逐渐突破了常规尺度，向大型化和超大型化方向发展，可搭载的载荷类型和尺度有了明显的变化和提升，本文通过分析大型AUV作为侦察型装备的国内外发展现状，对利用大型AUV开展水面侦察的能力建设进行了分析，重点提出了大型AUV搭载水面侦察载荷需要解决的关键技术，为进一步提升和拓展AUV作战能力、作战领域提供支持。
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多仿生机器人协同编队捕获策略
Abstract:
机器人的协同编队问题是一个综合性的研究课题，主要包括编队策略及路径规划两个阶段。针 对单一机器人在未知水下环境中执行任务时能源受限等问题，本文提出一种基于改进蚁群算法的安全域协商 捕捉策略，来解决多仿生机器人系统水下环境中对目标的协同编队捕获问题。机器人随机搜索过程中发现目 标后，利用安全域协商策略实现目标机器人周围捕获点的分配；采用改进的蚁群算法实现编队过程的路径规 划和自适应避障。在不同大小的障碍物环境中进行仿真实验，并与经典的编队策略和路径规划算法进行对比， 实验结果表明，所提出策略能够使机器人在复杂的水下障碍物环境中完成高效的协作编队捕捉任务，具备有 效性。
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面向水下无线传感器网络的介电弹性体能量收集技术研究(题目不超过20字)
Abstract:
水下无线传感器网络为海洋资源勘探、海洋灾害预警、海洋权益维护和海洋安全防御等提供了重要助力。然而，利用传统蓄电池对传感器进行供电的方式，需要定期充电或更换蓄电池，难以保证长时间持续可靠工作，介电弹性体能量收集技术原位供电成为解决这一难题的有效途径。目前，面向水下能量收集的介电弹性体发电机（DEG）存在能量收集性能低的问题，针对该问题，通过构建的DEG理论模型，研究不同参数下DEG的动态响应和能量收集性能，以探究提高其能量收集性能的方法。结果表明，增大负载电阻或提高DEG拉升阶段在其周期中所占时间比可以增强其能量密度。研究结果能够为增强介电弹性体水下能量收集性能提供新途径。
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基于柔顺机构的双驱动仿生水母设计
Abstract:
水母以其高效的运动性能和灵活的感知功能,近年来在仿生学领域受到了广泛关注,可广泛应用于海洋探测和环境治理等领域。基于仿生学原理,从模拟水母的运动特性和趋光功能的角度出发,提出了一款双驱动的仿生水母,通过基于柔性机构的仿生鳍条实现水中扑动推进,通过基于管状折纸机构实现水下喷射推进,通过双驱动结构的协同驱动设计,有效提升水母推进效率。实验结果表明,双驱动模式下的仿生水母推进效率更高,摆动推进和喷射推进的最大推进力之比约为2.7:1,最大运行速度可达100mm/s,能够实现灵活的水下全向运动。模拟水母趋光特性,结合机器学习算法构建趋光控制系统,能够实现水下的趋光运动。
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机载激光雷达浅水小目标探测技术综述
Abstract:
阐述了机载激光雷达水下探测的原理与发展，包括激光雷达水下探测原理和激光雷达水下探测发展历程。对主要机载激光雷达水下探测系统进行了详细的分析，包括主流机载激光雷达测深系统及其发展趋势。在浅水小目标探测关键技术方面，对高功率密度激光器技术、高性能水下光学系统、大视场快速成像技术、小目标自主识别与精确定位技术和轻小型化技术等进行了剖析和总结。为进一步推进激光雷达水下高精度目标探测技术的发展提供参考和依据。
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基于自适应滤波的磁梯度数据三维相关成像
Abstract:
为了提升磁梯度数据相关成像法对不同深度的多磁性目标的成像效果，提出了一种自适应滤波方法。首先将待成像空间划分为三维规则网格，通过解析法计算位于不同网格的磁性体在观测平面的理论磁梯度，然后依据各磁性体的磁梯度数据频谱特征来决定观测数据的滤波阈值，最后将滤波后的观测数据用于相关成像。仿真模型实验表明，对于位置较浅磁性体，根据成像结果估计的磁性体中心位置与实际基本相符，滤波处理最多减小了约76%的误差，对于平均1.7m深的多个磁性体，估计的中心位置最大误差0.3m，相比于无滤波处理的结果误差减小了46%左右，信噪比不足时，对近似球体的模型仍然有较好的定位效果。说明自适应滤波在一定程度上能改善三维相关成像的分辨率，提升水下磁性目标定位的准确度。
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基于复合传感器的机器鱼推进力预测方法研究
Abstract:
复杂多变的水下环境会极大的干扰仿生机器鱼的正常运动和对水下信息的感知，而鱼鳍的变形在产生推进力方面发挥了关键作用。但目前对于鱼鳍如何利用自身感觉信息来对推进力进行识别和预测的研究甚少。为了解决这一问题，通过在一个柔性传感器上集成压电层和压阻层，研制出基于压电/压阻双传感模式的柔性仿鱼鳍复合传感器，并提出了一种基于复合传感器对鱼鳍产生的推进力预测的方法。建立了基于BP人工神经网络的推进力预测模型并进行训练，通过皮尔逊相关分析法对输入层数据进行筛选和优化，提高了模型的预测精度。实验结果证明基于BP神经网络及皮尔逊相关性分析的多传感层组合的推进力预测是有效可行的，同时为机器鱼水下感知能力的提升提供了新的途径。
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水下仿生流场探测技术研究进展
包艺, 张庆辉, 刘勇锋, 李广华, 张淼, 陈效鹏, 杜鹏
Abstract:
随着对海洋的探索与开发，水下探测技术的发展起到了重要作用。水生动物的敏感器官如鱼类的侧线和海豹的胡须等可感知物体运动产生的水动力尾迹，受此启发，仿生流场探测技术克服了光学与声学探测在水下复杂环境中近场感知的局限性，已成为目前的研究热点。本文先对典型水下探测技术的研究现状进行了总结；然后，解释了水下仿生流场探测的原理，总结了基于不同原理设计的仿生流场传感器的研究进展；分析了水动力流场探测方法的研究进展；最后，给出了水下仿生流场探测工作中亟需解决的关键问题，并对未来的研究方向做了进一步展望。
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基于螺旋桨与舵板配合的小型水下无人航行器的下潜过程研究
Abstract:
以小型水下无人航行器（UUV）为研究对象，本研究旨在探讨和分析关键参数变化对UUV下潜过程的影响，并采用控制变量法来研究单一因素对UUV下潜过程的影响。研究结果表明，在UUV行进过程中，水流对舵翼产生升力，从而产生扭矩促使其下潜。因此，在UUV下潜时，姿态应尽量平稳，且俯仰角和下潜深度不宜过大。为了确保UUV在逆流和复杂环境下成功下潜，要求在保留一定余量的基础上，尽可能减小舵板舵角和螺旋桨转速。本研究成果对进一步研究UUV下潜过程具有重要的参考价值。
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空—地二层介质下极低频电场特性研究
Abstract:
极低频电磁波在浅海与深海资源勘探、海洋污染源实时监控、自然灾害预测、海上辅助导航、国防监测等方面有广泛的应用,对其进行研究具有重大的国防意义。本文介绍了开展的陆上极低频电场特性试验,理论分析与试验结果相结合,验证了水平电偶极子产生电场强度的传播衰减规律,试验结果表明：收发距0-10 km时,信号响应强度快速衰减,10-25.4 km时,信号强度衰减由快速变为缓慢,超过25.4 km后信号响应趋于平缓；为了证明电磁波传播时地下信道的存在,进行了波速测量,试验结果表明：陆上1Hz透地电磁波的波速约为55km/S,对应电导率 =0.0033S/m,证明了地下信道的存在。
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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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2024,7(1):87-97, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.07.0011
Abstract:
海洋一号 C 卫星（HY-1C）是服务于海洋水色水温、海岸带和海洋灾害与环境监测的业务化应用卫星，是海洋遥感数据的重要来源，对中国 HY-1C 卫星红外辐射计在东南亚海域的 SST 观测数据开展评估与校正工作具有重要意义。本研究基于多源卫星 SST 数据和 ARGO 浮标测量温度数据，对中国 HY-1C 卫星在东南亚海域的 SST 数据进行了质量评估和改进工作。HY-1C SST 数据的质量评估结果表明：HY-1C 白天的平均偏差、标准差和均方根误差分别为–0.73 ℃、1.38 ℃和 1.56 ℃，夜晚数据偏差分别为–0.95 ℃、1.57 ℃和 1.83 ℃。与其他同类红外辐射计的数据质量对比发现 HY-1C SST 数据精度低于其他红外辐射计。采用月平均差值校正、SST 分区域差值校正、SST 分段校正 3 种校正方法对 HY-1C SST 数据质量进行改进，其中 HY-1C SST 分区域校正的质量提升最明显，标准差、均方根误差接近 1 ℃，夜晚均方根误差比校正前降低了约 0.8 ℃， 白天和晚上均方根误差分别降低了 32.52%和 42.04%。
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2024,7(3):334-341, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.012
Abstract:
水下目标检测在海洋生物研究、考古探索、军事防御等多领域广泛应用，随着人工智能快速发展，水下目标检测也朝着无人化、智能化发展。深度学习采用神经网络挖掘信息特征，在速度和精度上均表现出优异的性能，成为了计算机视觉技术的主流算法，然而水下环境复杂，将其应用于水下图像目标检测仍存在较大的挑战。水下目标各模态信息互补，特征丰富，有利于目标检测识别，因此结合应用场景调研现有技术，然后设计基于深度学习的多模态水下目标检测系统，同时对比分析了现有关键技术的优缺点，最后对多模态目标检测系统未来发展进行总结与展望，具有重要意义。
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2024,7(3):246-252, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.001
Abstract:
针对典型浅海环境参数对声传播损失影响问题，提出了一种基于海底边界反射系数修正的改进耦合简正波–抛物方程模型，设计并开展了典型南海海域声传播损失测试试验，模型相对误差小于 4%、均方根误差小于 3 dB，验证了模型的准确性。接着，分别对声速剖面、海面海况、海底底质、海底地形 4 种海洋环境参数，设计了 5 种工况，进行仿真计算分析。得出声速剖面主要影响声会聚区的分布，负梯度下声会聚区能量多集中于海底和声源深度附近，而正梯度下声会聚区能量多集中于海面附近；浅海环境下声传播损失分布受海面海况、海底底质因素影响较大；海底地形是影响水下声传播损失的主要因素，海底斜坡既可以汇集声波能量，也可以使其发散。
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2019,2(5):1-6, DOI:
Abstract:
针对侧扫声呐图像噪声干扰严重、分辨率低、目标轮廓模糊等特点，提出了一种基于LOG算子的侧扫声呐图像水下小目标检测算法。首先，根据侧扫声呐图像中水下小目标成像特点，对声呐图像进行滤波及聚类分割，大幅降低图像中噪声；然后，采用斑点检测思想，提取侧扫声呐图像中疑似目标区域；最后，基于自动阈值分割算法对声呐图像进行分割，获取目标区域二值图像，使用二阶矩估计目标尺度，剔除虚假目标，最终实现水下小目标准确检测。实验结果表明：该方法计算速度快、检测成功率高，对侧扫声呐图像中的水下小目标具有良好的检测效果。
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2024,7(3):318-325, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.010
Abstract:
在机器鱼设计过程中，鱼体、尾鳍的外形设计十分重要。为了研究流体阻力更小、推进效率更高的全鱼外形，以金枪鱼、海豚和旗鱼为仿生对象，建立了 3 种不同的机器鱼模型，运用动网格技术定义了边界条件，并用数值方法分析了 3 种模型在流场中的速度、鱼体受力等水动力性能。结果表明：旗鱼模型游动性能最好，相比于金枪鱼与海豚模型，行进过程中受到的阻力更小，且通过斯特罗哈尔数比较旗鱼模型推进效率更高；另一方面，新月鳍仿生鱼游动速度最高，是八字鳍仿生鱼的 2.2 倍左右，旗鱼新月鳍机器鱼具有更好的游动性能。计算结果对减小机器鱼流体阻力，提高其推进效率提供了较好的参考价值。
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2024,7(3):253-259, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.002
Abstract:
高速航行时的水下航行器的水动力噪声问题一直尤为突出，水动力噪声分为流体脉动压力直接辐射声与流激噪声，流激噪声是结构表面受到湍流脉动压力引起结构振动产生的噪声。由于湍流扰动的随机性，表面脉动压力时空不均，在计算流激噪声时需要统计分析方法的介入。湍流边界层脉动压力的计算方法主要包括传统的半经验公式法计算和 CFD 流场分析计算，将二者相结合对流激噪声进行预报，在流场仿真中提取出频率波数谱预测模型所需的参数，分别使用有限元法和统计能量法代入并计算，对比结果与理论经验公式方法得到的结果，二者的噪声结果较为吻合。
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2024,7(3):276-284, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.005
Abstract:
针对低频 ADCP 的测速精度标检试验室条件无法满足的问题，参考国家及行业标准要求，在千岛湖采用同步比测方式进行了国产低频 ADCP 流速测量精度标检试验。通过试验区域的深度初探，结合试跑阶段的回波分析确定了比测过程的层数、层厚以及交替工作间隔时间等参数，在试验区域进行了多航速折返比测试验。试验结果显示：由于水体悬浮物少等因素，千岛湖水域的流层回波强度整体偏弱，相对而言 ADCP 近底流层测量会受到比较强的底回波干扰；利用未受干扰的流层数据对比，国产 DVLⅡ-300kHz 型 ADCP 与同频率进口 ADCP 的剖面流速测量精度相当。
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2024,7(3):260-267, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.003
Abstract:
旨在研究柔性支撑推进系统对桨–轴–艇耦合系统振动噪声的影响。建立柔性支撑推进系统–艇体耦合系统数值模型，基于有限元/边界元法计算螺旋桨纵向、水平及垂向激励力下柔性支撑推进系统–艇体耦合系统的声振特性，并与传统支撑方案进行对比分析。结果表明：艇体较大的辐射噪声主要由轴系–筏架耦合模态导致，合理提高筏架质量和刚度有利于降低艇体辐射噪声；相较于传统支撑，采用柔性支撑可明显降低艇体的辐射噪声，其中在螺旋桨纵向激励下降低 14.65 dB，水平激励下降低 4.48 dB，垂向激励下降低 8.36 dB。 采用柔性支撑推进系统可降低艇体辐射噪声，为桨–轴–艇耦合系统振动噪声控制提供指导。
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2024,7(3):268-275, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.004
Abstract:
针对声呐导流罩中低频段振动控制以提高其全频段声隐身性能问题，提出了一种基于条件自编码器的声子晶体结构逆向设计方法，在目标频段逆向设计出的具有带隙的声子晶体结构可作为夹芯结构芯层， 为声呐导流罩声振特性治理工作提供新思路。首先随机生成大量声子晶体周期单元，并提出 2 种策略扩充在目标频段内具有带隙的样本数量。针对有限元软件批量计算声子晶体结构带隙效率较低的问题，训练了卷积神经网络用于识别声子晶体是否具有带隙。最后，将声子晶体结构以及带隙分布作为训练集训练条件自编码器。结果显示：卷积神经网络对结构的带隙具有很好的识别效果，识别准确率可以达到 89%；条件自编码器能学习到人工周期结构的轴对称结构，生成的人工周期结构与原结构仅相差几个像素，且生成结构的带隙与原结构带隙误差小于 1%，说明该方法可以应用于声子晶体结构的逆向设计。
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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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2024,7(3):285-292, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.006
Abstract:
为降低搭载于水下移动平台的三轴磁通门传感器受到的平台磁干扰和传感器自身误差（三轴非正交误差、三轴灵敏度不一致误差和零偏误差）的影响，提出了一种基于改进粒子群优化算法的集成校正方法。在分析误差来源的基础上建立了误差校正数学模型，并利用 2 个仿真算例对校正方法的有效性进行了验证。仿真试验结果表明：与传统粒子群优化算法相比，改进算法具有更高的抗噪能力和求解精度；经过校正之后，由传感器自身误差和平台磁干扰引起的测量误差得到了有效压制。
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2024,7(3):293-300, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.007
Abstract:
电磁声源输出力大、体积小、易于实现超低频输出，在无人反水雷作战中具有显著优势。其动力学行为受到机械回复力和电磁力的耦合作用影响，当施加电流超过坍塌电流，电磁力将超过机械回复力， 就会发生吸和，造成声源的损坏。为准确描述电磁声源非线性动力学特性，预先评估坍塌电流，建立考虑动态漏磁系数的声源非线性动力学模型。通过三维有限元仿真计算动铁芯运动到不同位置处气隙的漏磁系数， 拟合得到动态漏磁系数。根据等效磁路法建立声源的改进电磁力模型，进而建立电磁声源非线性动力学模型。 通过 Runge-Kutta 算法计算得到阶跃激励下声源振动的位移和速度，绘制相平面图。研究稳定与失稳 2 种情况下的相轨迹的动态变化规律，为电磁声源的设计和控制提供理论支撑。
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2024,7(3):326-333, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.011
Abstract:
水下航行器出筒过程往往伴随着高温高速的水气多相混合流动，物理过程复杂多变，对航行器的发射动力、载荷以及出筒后的运动姿态等有着重要影响。以某水下航行器出筒发射为例，采用 CFD 方法开展高温燃气推进下水下航行器出筒发射数值模拟研究，通过不同网格密度下的水平方向位移和竖直方向位移比较，论证了数值模拟的收敛性。进一步利用所建立的数值模型模拟了不同初始发射倾角、不同横向来流作用下高温燃气推进下水下航行器出筒过程，得到了航行器出筒后的偏转角度和速度，明确了发射过程中的速度场与温度场的典型特征等，为水下热发射系统的设计提供指导。
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2024,7(3):349-353, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.014
Abstract:
猎雷是对抗智能引信水雷的重要方式，但受“战场环境、水雷情况、装备故障和装备运用”等因素的影响，猎雷效率较低。猎雷军士是执掌反水雷装备的第一人，提升猎雷军士的岗位核心胜任力对反水雷作战具有重要意义。围绕院校培养猎雷军士的现实需求，首先阐述了猎雷军士的岗位核心胜任力，并从特殊环境、潜在对手、装备特殊性能和特殊故障几个方面对猎雷特情进行了分析，在此基础上提出了基于模拟仿真技术加实际水域猎雷的特情复现训练方法。
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2024,7(3):301-309, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.008
Abstract:
针对水声通信系统的隐蔽性缺乏客观、有效的评价手段，提出一种基于小波包变换提取信号特征向量并比较特征向量相似度的信号隐蔽性评价算法。为了区别截获信号和环境噪声，考虑从能量分布特征的角度，提取截获信号的特征参数。所提算法利用小波包变换具有更高的时频分辨率、自适应选择频带等特点，获取信号的小波包能量占比、小波包能量熵、小波包尺度熵，采用上述 3 个特征参数组成特征向量和利用余弦相似度算法判别信号隐蔽性。仿真实验和海试结果表明，所提方法得到的信号隐蔽性能基本符合实际信号隐蔽性能随信噪比变化规律，为隐蔽水声通信系统评估设计和水声对抗性能评级提供有效参考。
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2024,7(3):310-317, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.009
Abstract:
针对水下无人航行器（UUV）在浅水海洋环境下的悬停作业需求，提出一种基于非线性干扰观测器的 UUV 反演滑模深度控制算法。首先，根据全驱动 UUV 的悬停运动特性，建立五自由度及解耦的垂荡通道动力学模型。然后，采用非线性干扰观测器（NDO）对时变海浪扰动与模型的不确定进行有效估计，并证明了 NDO 的指数收敛特性。根据 UUV 的标称模型及 NDO 对扰动状态的估计，采用反演思路，设计了反演滑模控制器。通过引入双曲正切函数取代不连续切换函数，改进滑模趋近律，进而降低滑模的抖振效应。根据 Lyapunov 理论证明了系统的稳定性。最后，通过仿真实验验证了该控制算法的有效性与优越性。
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2024,7(3):342-348, DOI: 10.19838/j.issn.2096-5753.2024.03.013
Abstract:
为研究船用柴油机的磁性补偿问题，采用有限元仿真方法来指导消磁设计工作。在地磁环境下， 利用 Ansys Maxwell 软件建立某型柴油机的有限元仿真模型，计算了柴油机感应磁场的空间分布，并测量了柴油机的磁场，仿真结果与测量结果进行对比，其误差不大于 10%，在工程应用允许的范围之内。采用补偿线圈的方式对柴油机的磁场进行补偿，通过优化设置补偿电流，柴油机的磁场最大值从 336 nT 减小到 50 nT， 降低约 85%。
