水下冲击波聚焦声场非线性建模与分析

通过聚焦可大幅提高水下冲击波声场的声压级。由于水下冲击波聚焦声场声压级高、瞬时性强,因此观察和测量难度较大,对测量设备的灵敏度要求较高。概述了水下冲击波的产生及聚焦原理,利用压力传感器实测了冲击波聚焦波形,采用有限元分析软件ANSYS建立了水下冲击波聚焦声场的有限元模型,仿真了水下冲击波聚焦声波的非线性传播过程和声场分布,对比分析了仿真结果与压力传感器实测波形、高速摄影机实拍的冲击波聚焦声场纹影图的相符性,仿真得出水下冲击波聚焦声场峰值压力的变化规律。仿真结果与实验测量、高速摄影实拍图高度吻合,说明仿真模型的正确性及利用ANSYS研究水下冲击波聚焦声场的可行性、有效性。     

基于SYSNOISE的水下目标高频近场散射特性仿真研究

针对水下目标高频近场散射特性,提出了一种求解水下复杂目标散射声场的方法.首先根据边界元法建立了水下目标的声场数学模型,并借助有限元软件ANSYS建立一种水下目标结构体的三维模型,然后运用声学分析软件SYSNOISE对其高频近场特性进行了仿真及分析,得到了在声源激励下该目标散射近场的具体分布及其散射波声压的指向性.仿真结果验证了该方法的正确性.     

水下机器人动态系统协同建模方法研究

以水下机器人动态系统建模问题为背景,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真机制与动态神经网络的水下机器人动态系统协同建模方法.该方法利用在对水下机器人动态行为进行协同仿真过程中在线训练神经网络的方式完成水下机器人流体动力学建模,并以最终训练完成的神经网络及载体6自由度运动方程仿真模块一起构成水下机器人动态系统模型,具有较强工程应用前景.通过与传统建模方法比较,详细论述了协同建模方法的基本原理及其优点,并重点研究了MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真系统的设计方案和实现方法,最后,从水下机器人6自由度运动方程建模、流体动力学建模以及闭环控制系统建模三个方面研究了实现协同建模的具体方法.     

高空空投AUV全弹道建模与仿真

高空空投AUV(Autonomous Underwater Vehicles——自主水下航行器)技术是一种集高空滑翔与水下自主航行于一体的综合研究,对其全弹道进行的建模与仿真是其概念设计阶段的重要内容,同时也是其设计的理论基础.根据高空空投AUV在运动过程中的主导因素不同,将其全弹道进划分为了六介阶段.在分析高空空投AUV各个阶段的结构、受力与环境等主要特点的基础上对其全弹道中的滑翔阶段,减速阶段和水下阶段三个稳态阶段,分别建立了相应的弹道仿真数学模型,并对各阶段数学模型特点进行了对比与分析.依据所建立的数学模型与SIMULINK模块化建模仿真理念搭建了高空空投AUV全弹道仿真平台系统.使用全弹道仿真平台对高空空投AUV的滑翔、减速和水下三个稳态阶段分别进行了仿真,并通过AUV水下阶段仿真结果与文献结果对比验证了数学模型与仿真平台的正确性.仿真结果表明,所建立的数学模型与仿真系统能快速准确的仿真出AUV各稳态阶段的运动弹道、速度与姿态变等动态特点.     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

基于引导源的目标定位算法与仿真研究

利用水下声信号的简正波传播特性,推导了一种利用垂直接收阵和已知宽带声源信号,对水下未知宽带声源进行距离估计的算法,即基于引导源的目标定位算法。该算法不需要建立精确的水下声场模型,且定位性能受海洋环境的影响较小。重点推导了算法实现过程,并简要介绍算法处理中的图像处理方法--Radon变换。对三组不同位置的声源,在不同海洋环境条件下进行了算法仿真。结果表明基于引导源的目标定位算法能快速、准确地估计出目标声源距离。     

双基地声呐散射声场的建模与仿真

利用变形柱方法，建立了非入射方向水下椭球目标散射声场的数学模型。通过建模与仿真实验，得出了椭球目标在双基条件下，散射回波的空间分布，以及在不同分置角时，散射强度随目标姿态角的变化关系曲线。通过仿真曲线与水池实验曲线的比较，验证了理论模型的正确性。     

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人“仿生-Ⅰ”为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和“仿生-Ⅰ”水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。     

超空泡水下航行器可视化仿真技术研究

针对超空泡水下航行器的工作机理以及超空泡形成难度及复杂性的问题,首次开发出超空泡水下航行器的弹道可视化仿真系统.设计了超空泡水下航行器视景仿真系统的框架结构;利用Vega Prime和C 仿真应用程序建立了天空、海面.海底环境;研究了超空泡形成的工作机理,建立了超空泡的三维实体模型;实现了超空泡水下航行器发射,运行、助推发动机脱离、超空泡形成以及攻击等功能,形象逼真地模拟了超空泡水下航行器的运行过程.所建三维模型逼真度高、特效设计形象,可视化效果良好,使得科研人员在超空泡水下航行器的研究过程中,能够获得直观.清晰的认识,满足了超空泡水下航行器研究的要求.     

基于对象Petri网的水下对抗系统建模

针对通常的模型不能同时描述水下对抗系统的静态结构和动态过程,而且在层次化、可扩充性等方面也不能满足建模需求的问题,采用对象Petri网建立了水下对抗系统的模型.首先对水下对抗系统进行了分析,划分了系统对象;然后通过抑制弧的应用建立了适用于各个对象的不同工作模式的Petri网模型;最后给出了水下对抗系统的对象Petri网模型并进行了仿真分析,仿真结果与实际过程相符合.该模型不仅可以描述不同形式的水下对抗的静态结构和动态过程,而且具有良好的可重用性.