自走式海缆埋设机面世

我国第一台自走式海缆埋设机“CISTAR”在中国科学院沈阳自动化所研制成功，它标志着我国作业型爬行水下机器人技术获得重大突破，提高了我国海缆建设能力和装备水平，为爬行式水下机器人进一步研究与开发提供了技术基础。它的研制成功，将满足我国国民经济和国防建设在这方面的需要，海洋开发和海洋工程等国民经济建设领域也因此项技术得以扩展。     

Design of electric-field coupled underwater wireless power transfer system based on class E amplifier

针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。     

基于AUV的航迹追踪自适应UKF算法

无迹卡尔曼滤波算法(UKF,unscented kalman filter)是一种常见的(AUV,autonomous underwater vehicle)加权统计线性回归航迹追踪算法,其算法冗余度低于(EKF,extended kalman filter)、(PF,particle filter)及(PSO,particle swarm optimization)等数值优化算法,且算法效率较高。然而,UKF控制算法中的系统采样时间间隔通常会被设置为常数,由此可能会产生预测值的误差累积,从而影响导航预测结果的精度。因此,笔者提出了基于AUV的航迹追踪自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF,adaptive unscented kalamn filter algorithm),以期降低预测算法的累积误差。该预测方法依据标准UKF算法的原理,通过构造相应的约束、判断与反馈机制,调整系统状态方程中每一步的采样间隔t,从而提升算法的航迹追踪精度并减少过程噪声及传感器噪声对预测过程的影响。最后,通过仿真实验与结果对比,近一步验证了之前所提出的设想。     

基于透射率优化和颜色修正的水下图像增强方法

针对光在水中传输时受到水的吸收作用、悬浮颗粒散射作用而产生严重的衰减,导致水下光学图像对比度低、颜色失真的问题,提出一种基于透射率优化和颜色修正的水下图像增强方法。根据水下光学成像模型,采用最小信息量损失原理估计透射率,结合导向滤波提高透射率的估计精度,通过逆求解水下成像模型得到清晰化的水下图像。利用直方图均衡化进一步提高图像对比度,使用白平衡方法修正颜色。实验结果表明,该方法能够有效去除由后向散射引起的模糊,提高图像对比度和清晰度,同时修正色彩不平衡。     

具有水样采集功能的观测型水下机器人的设计

为改善现阶段渔业养殖、 水下环境监测、 水质检测等领域人员作业困难、 效率低下的问题, 设计了一款具有水样采集功能的观测型水下机器人, 该设计搭载了传感器和水样采集装置采集水体环境信息。 首先进行了水样采集实验, 验证其运动能力和水样采集能力。 然后针对自然水域采集的图像, 采取动态阈值白平衡的方法, 去除光源强度和色偏的影响。 最后使用对比度拉伸、 直方图均衡、 限制对比度自适应直方图均衡(CLAHE:Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)3 种算法进行图像增强, 选取对比度、 信息熵和平均梯度进行像质评价。 实验结果表明, 该设计具有操作灵活, 交互性强的特点,CLAHE 方法明显提升了水下图像细节, 为科研实验、 水下探测和环境保护等方面提供了新途径。     

基于MOOS的自主式水下机器人导航系统

针对自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的试验成本极高,水下机器人的应用与算法验证都需要在一个理想的仿真环境中进行测试,且仿真环境的建模较为困难等问题,提出了应用MOOS软件系统对AUV导航系统进行导航位姿、通讯及三维信息的仿真,对MOOS软件系统的通信方法、软件架构、数据采集方式和传感器数据类型等方面进行了参数配置和仿真说明.面对工程导向,从数据产生机制、数据发布订阅和数据解析处理等角度,对MOOS软件系统进行论证分析.分析结果表明,MOOS系统可根据AUV导航系统的预设轨迹信息产生相关环境传感器数据,有效地进行多源信息融合与导航位姿解算.     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

水下航行器一体化、分布交互仿真环境设计与实现

基于一体化仿真方法进行了局域网下五个仿真节点组成的水下航行器分布交互仿真环境的设计，利用Winsock2．0完成了网络通讯接口——专用通讯接口协议数据单元的开发，应用SQL Server完成了仿真数据库的设计，实现了潜-舰、潜-潜多武器平台作战对抗仿真功能。所完成的一体化分布交互仿真环境具有以下优点：集仿真建模、实验、结果分析全过程的一体化；利用人机界面可以对各仿真平台的系统模型及随机误差参数进行设置、修改和存储；通过设置不同的航路和仿真次数能够重复地进行分布交互仿真并获得统计结果。该项研究成果已在某航行器系统战技指标评估研究项目中得到应用。