基于磁矩信息的水下地磁连续定位算法

针对地磁场背景中偶极子目标磁场大小难以获得的问题,提出了载体潜深辅助地磁定位方法,通过2次测量潜深及磁场梯度计算载体相对目标的垂向位置,但若想连续定位须载体不断垂向移动. 为解决这一不足,提出利用目标磁矩信息实现水下地磁连续定位,由已知磁矩和磁场梯度组成关于位置的非线性方程组,解算载体位置. 给出了连续定位算法的具体步骤. 数值仿真结果表明,该方法能实现水下连续定位,且具有较高精度.     

水下地磁异常反演中位置磁矩联合迭代算法

针对磁测误差严重影响水下地磁定位精度的问题,考察了高斯磁测噪声下一元六次方程各系数的均值与方差,分析了方程系数的统计特性.为实现精确反演定位,提出并描述了一种位置磁矩联合迭代修正算法,给出了算法具体步骤.数值仿真结果表明:迭代算法能抑制磁场模值及梯度误差,显著提高水下定位及目标磁矩解算的精度.     

横向非均匀磁场对原子的作用

本文讨论了横向非均匀磁场对原子磁矩的作用力，论证了该作用力垂直于外磁场方向的横向磁感应强度变化率大的方向．     

水下目标工频磁场扰动信号检测方法研究

为了解决水下目标磁场近程化探测中磁信号衰减快、干扰强及扰动特征不明确、无法有效探测信号等问题,提出了一种基于混合神经网络与注意力机制(Att-CNN-GRU)的工频磁场水下目标时间序列扰动信号检测方法。将CNN,GRU神经网络与Attention机制相结合拟合信号,构建分类神经网络,对目标信号进行分类识别,同时与未引入注意力机制的CNN-LSTM模型及单一CNN和LSTM网络模型的预测及检测性能进行比较。结果表明,相较于传统方法,信号拟合效果将误差分别减小了36.24%,14.44%和4.878%,目标检测准确率达到83.3%。因此,加入Attention机制的CNN-GRU模型检测性能比CNN,LSTM和CNN-GRU模型更优异,作为辅助手段,能有效解决工频磁场探测中扰动信号微弱、扰动规律不明确、背景噪声多等问题,实现对水下目标造成的工频磁场扰动信号的拟合与检测。     

基于磁场能量密度梯度的磁源定位技术

针对目标磁源的数学模型(单磁偶极子和椭球体加线性磁偶极子阵列等)与实际目标磁矩具体分布存在差别而影响定位精度的问题,将单个磁偶极子的磁场能量密度场的梯度方向指向场源的结论进行了推广,实现了地磁场中铁磁目标的定位.船模实验结果表明:不管是远场还是近场,目标是船模还是理想偶极子(钕铁硼),定位精度均达到95%.     

舰船磁场测量中坏点磁场的等效源预测方法

针对消磁站部分测磁探头损坏形成坏点而影响舰船磁场准确测量的问题,提出了以磁偶极子阵列为等效源的坏点磁场预测方法.该方法通过提取正常测量点的磁场信息,建立了基于磁偶极子阵列的舰船等效磁模型,利用PSO(微粒群优化)算法求解出模型参数,由此推算出其他测量点的磁场值,实现了坏点磁场的预测.船模实验研究结果表明:该方法可以准确预测坏点磁场,并且具有较好的稳定性,能满足实际工程的应用要求,坏点分布特性和舰船磁场变化特征均对预测精度有一定的影响.     

水下目标定位中的声线折射修正方法

研究了提高水下目标定位精度的一种误差修正方法-声线折射修正方法.首先根据水下声线传播环境和声速变化规律建立了海水的折射率球面分层模型.然后基于Snell定理,利用射线描迹方法得到从声源到水下目标的声线传播轨迹,从而建立声线的真实传播距离和角度模型.经与声纳测量系统的测量参数比对,建立了水下目标定位中的声线折射误差修正模型.根据实测的海水声速剖面,利用折射率球面分层模型和声线折射修正模型进行了水下目标定位的数值计算.实验证实,采用声线折射修正方法可以有效地提高水下目标的定位精度.     

载体平动条件下的磁梯度张量定位方法

针对现有磁场梯度张量定位方法存在的问题,提出载体平动条件下的磁场梯度张量定位方法.用目标磁矩替换目标的磁场值,通过2点的张量测量,构建关于位置参量的非线性定位方程组,通过遗传算法对方程未知数进行优化,解算得到位置参数.仿真结果证明:载体平动条件下的张量定位方法有效克服了现有张量定位算法的不足,定位精度高,可以在地磁背景环境下对隐蔽目标进行定位.     

基于磁场方式的内窥镜体内三维定位方法研究

介绍使用磁场方式来测定内窥镜探头在人体内三维位置及姿态角的一种方法 .根据 3个互相正交的圆环线圈在其周围空间产生的三维磁场以及附着于内窥镜探头上的 3个相互正交的磁场传感器在该磁场空间任意点以任意姿态感应磁场时所获得的信号 ,建立以空间位置 (x、y、z) ,姿态角 (a、b、c)为未知数的六元非线性方程组 .求解该非线性方程组 ,就可以由磁场传感器所获得的测量数据计算出对应的一组位置和姿态 (x ,y ,z ,a ,b ,c) 信息 ,从而实现内窥镜探头的三维定位和跟踪 .     

一种基于GPS实现水下定位的有效方法

针对水下目标的定位需求,在探讨GPS定位原理和水下超声定位原理基础上,提出了一种基于GPS实现水下定位的实现方法。给出了该方法的工作原理和具体工作过程。通过分析和计算GPS定位误差、水下定位误差,得到了这种定位方法的总体误差。分析和计算结果表明基于GPS实现水下定位的设想可能具有一定的实用价值。     

单信标测距AUV水下定位系统观测性分析

针对基于单信标测距的自主水下航行器(AUV)定位系统观测性问题,建立AUV三维空间运动学模型,选取实物平台常用的深度、偏航角和俯仰角作为基本观测量辅助距离信息进行水下定位,利用基于Lie导数的非线性系统观测性秩判据分析不同辅助测量值下系统的可观性以及控制输入和运动路径对可观性的影响。研究结果表明:满足定位系统可观测的最简量测组合为距离值和偏航角,含有偏航角的辅助量测组合均使得定位系统可观测,系统控制输入和运动路径的变化会导致可观性发生变化。     

基于干扰观测器的AUV深度自适应终端滑模控制

针对欠驱动自治水下机器人（autonomous underwater vehicle,AUV）在外部干扰和系统内部扰动下深度难以控制的问题,提出基于非线性干扰观测器（nonlinear disturbance observer,NDO）的自适应终端滑模控制方法。首先建立欠驱动AUV在垂直面上的状态方程并对其简化,其次根据简化后的系统状态方程构建NDO对外部干扰进行观测,再结合反步法设计出自适应终端滑模控制器;最后通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统的稳定性。结果表明：欠驱动AUV最大跟踪误差为0.137 5 m,峰值时间为2.1 s,证明了所设计的控制器能够实现深度控制,降低抖振,具有较强的鲁棒性。     

动态轴向载荷对超空泡航行体振动特性的影响

根据超空泡航行体水下运动特点,理论分析了作用在航行体上的动态轴向载荷,并采用有限单元法对超空泡航行体自由振动特性和动态轴向载荷作用下的动响应特性进行了数值仿真研究.数值计算结果表明:超空泡航行体轴向分布的径向振动模态具有颈缩特点,其振型呈现喇叭状,首阶径向振动模态固有频率为238.13 Hz;动态轴向载荷作用下超空泡航行体壳中各部分的振动特性不完全相同,特别是锥壳首部,其应变幅值逐步累积直至达到一个稳定的水平;在超空泡航行体上工作的设备需要避开一定的工作频率才能稳定工作.     

Latitudinal shift and tilt of the ring current during magnetic storms

The equatorial ring current (ERC) theory suggested that the distribution of global disturbed horizontal geomagnetic field only depends on the cosine of station’s latitude. However, we always observe a larger ΔH at higher latitude stations than lower ones, implying that the ERC could tilt or/and shift with respect to the equatorial plane during intense storms. In this paper, we analyze 11 intense magnetic storms from 2000 to 2004, and introduce two configurational factors to characterize the topology of storm time ring current. The results show that ERC has occasionally deviated off equatorial plane with both tilt angle δ_t≈13°―25° and latitude shift δ_s≈0°―21.8°. The ground disturbed field distribution should be improved as ΔH_k = ΔH_maxcos(φ_k-δ ), which agree well with the geomagnetic observations.     

基于磁定位技术的冲击侵彻尺度的测量

在小天体的探测任务中，探测器需要应对小行星表面特殊的风化层地貌环境。而人们目前对于风化层与探测器间的多尺度、强非线性的复杂动力学行为认知尚不充分，且对于撞击侵彻参数的测量缺乏合适的方法。为了掌握着陆过程中探测器的侵彻尺度关系，提出了一种实验室环境下基于磁偶极子模型的撞击动力学测量系统，通过迭代标定和GA-LM最优化算法提高了定位精度。将其应用于斜坡的撞击实验中，测量了撞击过程中撞击物2个方向的侵彻深度数据。结果表明：通过迭代标定算法和GA-LM算法平均提高了三轴31%的定位精度，使得最终的单轴定位误差小于3 mm；撞击斜坡过程中存在Y方向垂直穿透和Z方向横向滑动两种侵彻过程。Y方向的垂直穿透与下落高度符合1/3的幂律关系，而Z方向的滑动位移的标度规律并不稳定，原因是存在颗粒层崩塌的影响，并使得该位移与下落高度呈现非线性增加特征。     

一种混合算法下单个磁通门定位运动磁性目标研究

运动磁性目标定位可归结为一类非线性规划问题的求解.针对其目标函数计算过程极为烦琐,不利于磁性目标实时定位的特点,提出了一种混合算法:首先利用粒子群优化算法获得初略解,再利用高斯-牛顿算法进行精确求解,在不知道目标初始位置的情况下,利用单个磁通门磁传感器采集的磁场数据准确快速地实现了目标的定位.理论仿真和汽车实验,验证了算法的合理性和可行性,为工程中磁性目标的检测与定位提供了新思路.     

深水基槽开挖中水下重锤破岩规律研究

基于深中通道水下沉管隧道基槽凿岩工程,采用数值模拟方法研究了重锤凿岩棒受力状态和凿岩棒下落过程的速度变化规律以及凿岩棒凿击岩石的损伤发育特征,分析了不同水深、不同冲击速度、不同凿击次数对岩石破坏和损伤的影响规律。结果表明：凿岩棒下落过程中速度先线性增加然后增加幅度逐渐降低,最终趋于稳定的收尾速度;在凿岩棒凿击岩石过程中,其速度不断下降并伴随着岩石损伤的累积;水深与岩石的损伤呈负相关关系,而冲击速度和凿击次数与岩石的损伤呈正相关关系。     

利用梯度磁场的拦截作用富集氧气的研究

提出了一种利用梯度磁场对氧分子形成的拦截作用实现氧气富集的新方法。用两块相距一定距离的矩形钕铁硼永磁铁异极相对围成一个磁场空间,在磁场空间的边界处存在梯度磁场。当被引入磁场空间的空气穿过边界流出磁场空间时,氧分子受到梯度磁场的拦截作用,而氮分子则顺利流出,从而实现氧气富集。实验测得,当进出磁场空间的空气流量分别为40 ml/min 和20 ml/min,气体温度为298 K,磁感应强度与场强梯度乘积的最大值为563 T²/m (磁极间距为1 mm)时,氧气的富集量最大,达到了0.65%。当气体温度升高至343K时,氧气的富集量降至0.32%;当磁感应强度与场强梯度乘积的最大值减小为101 T²/m (磁极间距为4 mm)时,氧气的富集量降至0.23%。实验结果显示进出磁场空间的空气流量存在一个最佳比值,使氧富集程度达到最大。本文实验条件下,该值在2.0左右。本文提出的方法被证明可以连续富集氧气,而且与其它磁分富氧方法相比具有更高的富集水平。