水下航行器反舰尾流自导弹道设计与仿真

首次建立了水面目标舰机动条件下的尾流仿真模型，研究了水下航行器对目标尾流碰撞检测的仿真原理，给出了尾流自导逻辑弹道仿真方法，从而完成了水下航行器反舰尾流自导弹道软件系统的研制，仿真应用结果表明，本项研究对于目标几何建模和尾流自导仿真方法研究具有实际应用价值。     

基于视线导航的自主水下航行器编队轨迹控制

编队航行对于提高自主水下航行器的水下作业能力和生存能力具有重要意义,以组成三角形编队前行的三个自主水下航行器为研究对象,基于Leader-Follower编队控制思想和反馈线性化技术设计了d-φ编队控制率,同时,提出了一种变结构控制方法,该方法通过视线导引角计算保持横向轨迹误差最小,进而使自主水下航行器沿预设的航路前进.仿真结果表明所提出的方法切实可行,很好地解决了自主水下航行器协同控制中的编队轨迹跟踪问题.     

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.     

自适应联邦H∞滤波在水下组合导航系统中的应用

为了提高自主水下航行器组合导航系统精度,选择了捷联式惯性导航系统、多普勒速度声纳、电子磁罗经和海底地形匹配作为水下航行器组合导航系统导航传感器,建立了水下航行器组合导航系统的状态模型和导航传感器观测模型,提出了一种基于RBF神经网络进行联邦滤波信息分配的自适应联邦滤波信息融合方法并进行了计算机软件仿真试验,仿真实验结果表明:采用RBF神经网络进行信息分配系数的自适应调整的改进自适应联邦滤波器的水下航行器组合导航系统的导航姿态、速度和位置精度得到了提高,满足高精度水下组合导航的要求.新型信息融合方法克服了传统滤波容易发散的缺点,有效地提高了水下航行器组合导航系统的容错性能和导航精度.     

基于时间Petri网的实时多任务调度方法研究

Petri网是一种模拟和分析的系统工具，能有效地描述并发与并行、同步与异步问题。对时间Petri网在水下航行器制导系统仿真多任务调度中的应用进行了探索和研究。首先介绍了时间Petri网的基本原理，并以水下航行器制导仿真系统为例，将水下航行器制导仿真多任务系统划分为自导子任务、控制子任务、程序弹道子任务、目标运动子任务和指挥导引子任务，在建立和分析时间Petri网模型的基础上，给出资源的束双处理器条件下的最佳调度方案。仿真结果表明，通过该方法完成的多任务调度，能使水下航行器制导仿真系统多任务协调地在双处理器计算机环境下运行，满足水下航行器制导仿真系统分析研究的需求。     

水下航行器导航与控制一体化系统的半实物仿真试验设计

针对采用导航与控制一体化系统,即导航与控制传感器共用、导航与控制计算机合二为一的某型水下航行器,提出了一种半实物仿真试验方案,进行了半实物仿真。试验结果表明,导航、控制算法正确,计算精度满足使用要求,硬件之间的匹配性能良好,方案可行。该导航与控制一体化系统可应用到实际的水下航行器中。     

水下航行器多目标制导能力评估方法

水下航行器多目标制导能力评估是目前水下多目标精确制导研究中亟待解决的问题。根据水下航行器多目标制导系统的主要任务和技术特点,运用灰色关联分析理论对水下多目标精确制导能力进行了综合评估研究,提出了水下航行器多目标制导能力评估方法。通过水下攻防对抗仿真试验,验证了该方法的可行性和合理性,为水下航行器多目标制导系统的技术优化和方案决策提供科学的理论依据。     

基于自适应反演方法的自主水下航行器控制

针对高速自主水下航行器,设计了垂直面内的自适应控制器。大多数自主水下航行器的深度控制都基于小俯仰角假设,但在某些情况下此假设可能会产生较大的模型误差,甚至会导致严重的后果。考虑水下航行器的未知参数和非线性,并且不对俯仰角作任何假设,设计了自适应反演控制器,使闭环系统的深度跟踪具有全局渐近稳定性。仿真表明,该控制器对模型不确定性具有较强的鲁棒性,并且明显优于传统的内外环结构的比例积分微分(proportional integral differential, PID)控制器。     

海流扰动下无人水下航行器的动态面反演轨迹跟踪控制

针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的轨迹跟踪控制问题, 提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法。首先, 设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动。然后, 采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器, 将控制算法中微分运算转换为简单且易于实现的代数运算, 降低控制算法复杂性的同时避免“微分爆炸”问题, 结合李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性。最后, 对所设计的控制器进行仿真验证, 结果表明所设计观测器能够有效应对时变海流干扰问题, 精确地完成UUV的轨迹跟踪控制任务。     

水下航行器流体动力参数辨识的一种新方法

运用牛顿 -拉夫逊算法、单纯形法及模拟退火算法分别对水下航行器的流体动力参数进行了仿真辨识 ;并运用模拟退火算法对水下航行器湖上试验弹道数据进行了辨识 .结果表明 :与常规辨识算法相比 ,模拟退火算法具有全局收敛性 ;运用该算法可以获得水下航行器流体动力参数的极大似然估计.     

临近空间高超声速飞行器机动模型及弹道预测

讨论了临近空间轴对称高超声速机动飞行器的跟踪及弹道预测问题。通过引入3个与气动力参数相关的状态变量,建立起一种非线性机动模型,并证明了基于该模型的非线性跟踪系统的可观性。针对此非线性跟踪系统,设计了扩展卡尔曼滤波器以及状态预报器,实现弹道跟踪和预测。仿真结果表明,对于临近空间飞行器在巡航末段的运动状态,采用所提出的机动模型,可以取得优良的跟踪和预测效果。     

基于Simulink/VRML的自主水下航行器编队控制仿真

针对多自主水下航行器编队协同控制问题，建立了基于Leader-Follower编队的数学模型，设计了编队控制律，并从理论上证明了控制律的稳定性。为了直观地表达自主水下航行器编队控制的效果，利用MATLAB的Simulink/VRML工具箱构建了水下航行器的编队控制的可视化仿真模型。仿真结果表明，提出的编队控制算法是有效的，所构建的仿真平台直观地表达了自主水下航行器的编队效果，该仿真模型易于扩展，且可以验证其它编队控制算法。     

一种利用弹体轴向加速度测量值解算弹道的方法

提出了一种可用于弹道修正弹药弹道预测,利用弹体轴向加速度测量值结合2-d质点弹道方程进行弹道解算的方法.根据2-D质点弹道模型,分析了弹体轴向加速度与弹丸速度变化率之间的关系.建立了利用弹体轴向加速度测量值进行弹道解算的数学模型.利用靶场试验数据对这种方法进行了验证,解算弹道诸元与实测值基本吻合.最后分析了弹体轴向加速度测量误差对弹道解算精度的影响,发现加速度传感器零位偏置误差对解算精度影响显著.     

水下航行器终端姿态约束的制导方法研究

针对水下航行器采用主视声纳和旁视声纳识别和跟踪,引入了初始导引段跟踪虚拟目标的概念,提出一种新的精确制导方法,给出了导引跟踪数学模型,并进行了仿真和分析.结果表明该导引方法对水下航行器和目标的初始态势几乎没有限制.     

MATLAB下6自由度AUV的VRML建模及仿真

传统航行器的控制仿真研究是用仿真曲线来校验其控制模型的正确性,而利用虚拟现实技术不仅可以校验模型的正确性,还能实现比较好的人机交互,并将水下作业的仿真过程及其仿真环境直观的表现出来。为了研究水下航行器的可视化仿真,介绍了在MATLAB环境下自主水下航行器的VRML建模问题,运用VRML构建水下航行器运行的虚拟场景,并在Simulink仿真环境下利用MATLAB虚拟现实工具箱实现对水下航行器视景仿真的应用。     

声速不确定条件下的运动水下航行器自定位

传统利用水下声学定位系统的航行器自定位存在两方面问题, 一方面没有考虑测量周期内航行器的运动, 另一方面没有考虑水声声速的不确定。为解决上述问题, 构建了航行器运动状态下的时间测量定位模型, 并对声速不确定性进行建模。分别推导了基于加权最小二乘的运动航行器定位方法和基于最大似然估计的声速更新方法。利用所提模型和时间测量, 不仅可以估计航行器位置, 还可以更新声速。仿真结果验证了本文所提方法在各种参数设置下均优于现有方法, 并且在时间测量噪声不大时可以达到克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound, CRLB), 在时间误差不大时, 声速更新结果显著提高。     

星载雷达对弹道目标跟踪模式的选择

针对星载雷达对弹道目标跟踪模式的选择问题,在建立星载雷达对空间轨道目标跟踪所需坐标系的基础上,给出了先转换后绝对运动状态跟踪和先相对运动状态跟踪后转换两种跟踪模式,分析了两种模式的测量误差传递特性以及状态模型建立的难易程度。最后对两种模式的跟踪精度进行了仿真实验,仿真结果表明,相比于前一种模式,后一种模式的跟踪性能获得了明显的改善。研究结果能为星载雷达对弹道目标跟踪模式的选择提供设计依据。     

一种自主水下航行器路径规划算法

提出了一种自主水下航行器穿越雷区的路径规划算法。将路径规划分为全局路径规划和局部路径规划两个部分,建立了水雷分布的Voronoi图,采用遗传算法规划出初步的全局最优路径。自主水下航行器按照全局最优路径航行时,利用前视声纳作为探测仪器。根据所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计出一个模糊推理系统(FIS)求解其避障角度,完成局部路径规划。仿真结果表明了这种算法的有效性。     

一类低速水下航行器的自适应反演运动控制

针对一类安装了垂向推进器的低速水下航行器,研究了垂直面内的非线性运动控制问题.考虑水下航行器动力学模型中的未知参数,采用反演技术设计非线性自适应控制器,使水下航行器的深度和俯仰角全局渐近稳定到期望值.利用REMUS水下航行器的数学模型进行仿真研究,结果验证了该控制器的全局渐近稳定性,以及对未知模型参数的自适应性.     

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.