运动潜体尾迹及其与随机海面相互作用的数值模拟

研究了水下运动物体产生的自由面尾迹与随机海面相互作用的问题.以三维非定常不可压缩雷诺平均(RANS)方程为控制方程,采用重整化群(RNG)k-ε湍流模型,应用体积分数(VOF)方法处理自由面,对水下运动球体产生的自由面尾迹特征进行了数值模拟与分析.结合海浪谱模型,数值分析了水下运动球体产生的自由面尾迹与随机海面的相互作用机理及其表现特征.     

基于改进粒子滤波算法的水下目标跟踪 

针对复杂水下环境中声探测传感器获得的运动目标信息具有不确定性和模糊性等问题,提出了基于声探测传感器特点的高斯粒子滤波水下目标跟踪方法.基于粒子滤波理论,采用一阶自回归模型作为运动目标状态转移的依据,设计了由目标区域的面积特征和不变矩特征相融合的观测模型,解决了目标跟踪中的粒子权值的选取问题,克服了传统粒子滤波重采样问题,提高了复杂环境下目标跟踪结果的准确率.展示了应用高斯粒子滤波实现水下目标跟踪的过程.试验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性和实时性,是复杂水下环境中目标跟踪的一种高效可行的新方法.     

水下枪发射机构的运动与动力特性研究

对水下枪击发发射机构作运动学和动力学分析计算。应用矩阵变换原理，建立发射机构的运动学方程；应用拉格朗日方程建立发射机构的动力学方程，建立击针击打运动过程的数学模型；应用水阻力估算公式，建立击针在运动过程中考虑水阻力时的运动学方程。分别对水下枪发射机构的运动学和动力学方程以及击针运动方程进行数值仿真，分别绘制仿真曲线，并对仿真结果作分析和讨论。     

基于相对测距的水下目标定位算法

在没有星基、地基及水下时空基准信息的辅助下,为解决对水下目标精密定位问题,提出了一种基于水面舰船间相对测距和目标到达角的水下机动目标定位算法(UTPA)。通过联合水面舰船间电磁波相对距离观测和水下声学测角信息建立定位方程,考虑到目标定位方程求解中的异类信息融合权比失配问题,利用Helmert方差分量估计完成目标相对位置的迭代求解。Monte Carlo仿真表明:基于Helmert权比自适应调整的UTPA的定位偏差仅为典型的单平台声学定位技术的10%。     

上端水平周期运动下悬垂型水下细长体响应幅值包络线的特性分析

为解决立管等水下细长体作业的安全问题,并提高其作业效率,将悬垂型水下细长体离散为多个分段.根据力学平衡条件和变形协调条件列出每个分段的平衡方程,然后通过MATLAB软件编程求解.当上端水平周期运动时,分别改变上端运动幅值、上端运动周期和下端吊重质量,获得细长体的运动响应幅值包络线.根据数值计算结果,分析得出悬垂型水下细...     

水下自航器的时变运动模型

为开发研制大航程、变速度的水下自航器 ,实现更精确的控制和导引 ,需建立水下自航器的时变运动模型。利用刚体分析动力学和理论流体力学的基本理论 ,研究水下自航器因燃料的消耗而引起的质量变化、质心位置和转动惯量的变化 ,导出描述其变化规律的方程 ;研究因推力变化而引起速度的改变 ,导出推力变化方程。在此基础上 ,推导出水下自航器空间运动方程组 ,并将数学模型表达成简明的矩阵形式 ,为研究变质量、变速度水下自航器的运动性能和设计控制及导引律提供基础     

基于支持向量机的水下运载器平面操纵运动建模

应用卡尔曼滤波器对水下运载器操纵运动仿真试验数据进行预处理,应用最小二乘支持向量机(LS SVM)对水下运载器的平面操纵运动方程进行参数辨识,并与传统的最小二乘法(LSM)的结果进行比较,验证了LS SVM应用于水下运载器操纵运动建模的有效性.     

潜艇悬停注排水量估算方程理论推导

该文将潜艇水下垂向受力模型简化并与潜艇水下悬停的原理相结合,运用刚体运动力学公式推导出了潜艇水下悬停注排水量估算动态方程,对方程中定深位置预定垂向速度设置要求进行了简单说明.该方程可根据潜艇当前状态估算出其实现悬停所需即时注排水量.虽然计算结果相对不算精确,其优点在于简单快捷,可用于潜艇水下悬停模糊控制,对悬停操作技术的提高具有一定实际的意义.     

用自适应扩展卡尔曼滤波跟踪水下目标的算法研究

针对短基线声纳系统跟踪水下目标的问题,建立了状态方程和观测方程,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波的跟踪算法,该算法包含八个基本步骤。将声波传输时延转换为水下目标的距离,用卡尔曼滤波的方法对数据中的噪声进行滤波。对目标的匀速航行和机动航行进行了仿真实验,实验结果表明了该算法的正确性和有效性。最后将该算法用于水下目标的实测数据,收到了良好的效果。     

基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究

利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似．以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系．采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系．分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适．通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明：缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求．论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义．     

水下滑翔机运动特性建模与仿真

为了模拟滑翔机在改变浮力大小、质心位置后产生滑翔运动的能力以及回转特性,针对水下滑翔机的运动控制特点,基于柯西霍夫方程,建立了水下滑翔机六自由度空间运动非线性仿真分析模型.对HUST-2号水下滑翔机在垂直平面内的滑翔运动以及回转运动的仿真结果和试验结果进行了比较,两者符合得较好,验证了数学模型的准确性,为利用该模型设计新型滑翔机提供了有效的工具.     

鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制 

研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提出的非线性反馈控制律能够保证路径跟踪误差快速收敛到零,使机器人沿着参考路径航行.     

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应．由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用．利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的响应特性．     

圆碟形水下滑翔机运动特性研究

为了研究圆碟形水下滑翔机的运动特性,基于动量(矩)定理建立圆碟形水下滑翔机的运动控制方程,采用四阶龙格-库塔法求解.从圆碟形外形对运动性能的影响、垂向运动控制和微力矩控制转向角度三个方面对圆碟形水下滑翔机的运动特性进行研究.结果表明:圆碟形水下滑翔机的全翼身外形提高了升阻比并大幅降低了转向运动半径,大幅提高了其在小水体内的机动能力;水下定深性能较高,并且耗能较低;微力矩控制转向是可行的,滑翔机在小水体内能够灵活地运动.     

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应。由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用。利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的尖特性。     

基于观测器的水下机器人鲁棒故障诊断

为提高水下机器人故障检测的正确率,降低故障诊断的误报率和漏报率,基于水下机器人的空间运动方程,完成了非线性滑模观测器的设计,并利用设计的观测器完成了水下机器人的系统辨识.将观测器应用于水下机器人的传感器仿真试验和推进器故障诊断的海上试验的结果验证了该方法的有效性和可行性.     

水下自重构机器人Kane动力学建模方法

针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各种外部环境作用力,最终建立封闭的水下自重构机器人运动方程.通过典型构形的建模实例,证明了该方法的可应用性和有效性.
     

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.     

传感器位置浮动情况下的水下TDOA定位算法

针对水下声源定位中传感器位置存在不确定性的问题,提出了一种基于两阶段加权最小二乘算法的水下目标定位算法.首先,当传感器位置浮动时,利用获取的到达时间差数据,将测量值噪声和传感器位置误差构造加权系数矩阵,通过加权最小二乘算法估计目标位置;然后,通过引入目标定位误差构造定位方程;最后,用求解的目标定位误差调节上个阶段估计的目标位置.仿真结果表明:在传感器位置噪声较小情况下,本文算法具有较好的定位精度.     

潜艇垂直面运动仿真及分析

为了研究潜艇等速直线定深运动的平衡和操纵规律，利用潜垂直面运动方程，导出了潜艇水下有纵倾等速直线定深运动平衡方程，并进行了仿真分析。结果表明，潜艇的平衡角随航速增大趋于常数，且首舵操纵时在低速区存在逆速。