一、水下航行器探测声纳系统(论文文献综述)
刘晓伟,马宇,李筠,袁湘江[1](2021)在《美海军水下作战体系发展及启示》文中提出为深入了解海军水下战装备体系建设的未来趋势,从而制定合理的发展策略,对美海军水下作战体系的发展开展研究。梳理了美海军作战概念的发展演化过程,介绍了美海军水下作战体系的分类与现状。在此基础上,从体系化、无人化、平台多功能化以及关键技术4个方面总结了美海军水下作战体系的发展趋势。
张迪[2](2020)在《分舱段圆柱壳声散射特性研究》文中指出随着水下作业任务和功能需求的增加,水下航行器向复杂化和多元化趋势发展,水下航行器的探测和识别日益迫切。水中目标声散射特性是水下目标探测和识别的基础和前提,经过近十几年的快速发展,各类复杂结构的目标特性得到大量研究,包括加周期肋板或横舱壁、单双层壳、加横铺板、敷设声学覆盖层等,但其主体结构仍为单一的真空圆柱壳或双层舷间充水圆柱壳,少有圆柱壳轴向为填充不同介质的多舱段的情况,而分舱段圆柱壳是各类水下航行器的主要结构形式。目前部分充水的圆柱壳结构声散射特性研究较少,充水舱段和充空气舱段的混合形式结构的声散射特性对水中目标精细特征研究具有较高的现实意义。本文以分舱段圆柱壳为研究对象,分别对填充不同介质即空气-空气、空气-水、水-水的两舱段圆柱壳声散射特性展开研究。首先介绍了本文所采用的各种数值仿真计算方法,包括基于有限元的非轴对称激励下轴对称模型声散射快速计算方法、基于物理声学的板块元方法和基于稳相法积分的亮点模型方法,为本文研究对象的数值研究提供扎实的计算基础。然后以刚性圆柱壳为例,对上述三种数值方法进行了对比验证,确保本文数值计算的正确性。进而对填充空气-空气、空气-水、水-水的三类分舱段圆柱壳模型进行数值计算,获取了其声目标强度随频率和入射方位角变化的频率角度谱,对目标全方位的宽频段声散射干涉条纹进行分析,揭示了圆柱端面和舱段分界面亮点的几何回波干涉产生的“八”字形散射条纹、充液舱段引起的流体附加波,并分析了不同充液结构的特征差异等特性机理。最后在消声水池开展了三类分舱段圆柱壳模型声散射特性试验,详细介绍了该试验方案和数据处理方法,时域上通过对时域信号进行匹配滤波处理得到了距离-角度谱,深入分析了三类模型的回波结构和亮点分布,揭示了声波在充水舱段中存在多路径传播的特点,频域上通过对时域信号进行频域变换得到了频率-角度谱,其声散射干涉条纹与数值计算结果较为一致,完成了三种类型分舱段圆柱壳声散射机理的试验验证。总之,本文开展的分舱段圆柱壳声散射特性研究为各类水下航行器的目标特征库提供了一定数据支撑以及为水中目标主动声纳探测和识别奠定了理论基础。
陈文冲[3](2020)在《AUV水下智能探测系统研究与实现》文中进行了进一步梳理近年来自主式水下潜航器(AUV)借助电池以及智能化技术发展而快速取得突破,各国都大力发展这一新兴的水下载具,其装备数量迅速上升并严重威胁我国近海安全,因此对AUV的早期水下探测与预警愈发重要。AUV在运行时推进电机和螺旋桨会向周围水体中辐射出自身特有的声音信号,被动水声探测依靠水听器将水中声信号转换为电信号进行分类识别,是进行水下目标识别的重要手段。因此本课题主要针对AUV而研发低成本的被动水声检测系统,主要完成浅水水域的AUV自动预警以及目标分类功能。本文首先对水声探测系统的各个重要工作流程进行概述,在此基础上确定了系统的总体构成。其次,分析了声音在水中的传播模型,并根据水声传播的特点对常见的几种水听器进行对比并通过实验测量了水听器的灵敏度曲线最终完成水听器的选型。第二,对水下背景噪声和电机螺旋桨噪声进行了实际采集并进行可视化处理,分析不同噪声各自在频谱上的特点,并以此为依据使用自适应谱线增强(ALE)算法对背景噪声信号进行滤除。通过对该算法进行改进提高了收敛速度,减小了稳态误差,经处理后信号的信噪比有了明显的提高。第三,在特征提取方面,改进了小波包变换算法,提取出信号的能量特征作为分类依据,同时优化了短时傅里叶变换的时频特征提取算法,经过效果对比将前者作为主要的特征提取算法。第四,完成了基于XMC4500处理器的信号采集系统,移植了FreeRtos系统,完成了SD卡、ADC等底层驱动以及多线程的采集卡底层软件,使其能以多种采样率采集不同时长的水声信号。第五,介绍了k近邻与SVM等不同的分类算法,根据二者的不同特点设计了适用于水下目标检测的一种混和分类器。将实际采集的数据通过实验表明,算法有较好的识别效果。最后对本系统的不足进行总结并对后续探索进行了展望。
戴鹏[4](2020)在《基于参数化的三体组合式自主水下航行器多目标优化设计研究》文中研究表明本文针对复杂结构水下航行器设计时参数众多导致设计效率低、效果差、最优解获取不准确等问题,利用CFD数值计算方法、代理模型技术和多目标遗传算法等技术手段,在综合考虑水下航行器的快速性、稳性、续航性和经济性等设计要求下,对作者提出的一种三体组合式自主水下航行器进行优化设计研究,通过本文构建的三体组合式自主水下航行器的优化设计模型,基于本文的优化设计方法,对本文设计的三体组合式自主水下航行器的设计进行了优化,本文优化设计的方法和研究结果可为具有多外形参数的水下航行器的外形设计提供借鉴和参考。本文主要研究内容和成果如下:首先,本文在项目要求、建造条件、经济性等约束条件下,提出一种三体组合式自主水下航行器并完成此水下航行器的参数化总体设计工作。总体设计工作主要包括外形设计、推进装置初选、动力能源选择、总布置设计和经济性分析五个部分。在总体设计的工作基础上,利用CFD数值计算方法和规范计算等方式确定了本文优化设计四个模块的目标函数、影响因子以及影响因子可行域,构建三体组合式自主水下航行器综合系统模型。然后优选随机拉丁超立方试验设计方法和椭圆基神经网络代理模型技术,基于Isight软件集成CFD数值计算软件Star CCM+、试验设计和代理模型构建组件,构建代理模型,得到响应值。具体地,基于试验设计得到的试验因子组合矩阵,利用3D建模软件实现参数化建模,集成CFD数值分析软件和代理模型模块,构建阻力、螺旋桨推力、螺旋桨扭矩、浮体壳体体积、主舱体壳体体积、浮体排水体积、主舱体排水体积等代理模型。最后,在三体组合式自主水下航行器综合系统模型的基础上,最终确定了本文水下航行器优化设计的目标函数和约束条件,构建三体组合式自主水下航行器的优化设计模型。利用建立的代理模型代替CFD数值计算,获得本章寻优求解需要的样本数值,基于Isight搭建了本文水下航行器的优化设计框架。优选多目标遗传算法对阻力、船后螺旋桨效率、稳心高、续航时间、经济性等目标函数进行求解,得到帕里托最优解集。再依据项目要求、设计规范、建造难度、工艺要求等因素,提供了多种优化设计方案。
贺华[5](2020)在《基于强化学习的水下小平台认知跟踪关键技术研究》文中指出认知声纳系统研究是一项具有前瞻性和挑战性的研究课题,当前军事大国和相关组织均表现出对认知声纳研究的浓厚兴趣。结合强化学习方法实现声纳系统的认知功能是目前信息智能化发展的必然趋势,利用强化学习对无人自主航行器跟踪进行运动规划具有重要的现实意义。本文以汇合任务为目标,将强化学习跟声纳系统结合,对被动认知声纳系统研究进行初步尝试。本文对认知声纳的发展由来和研究趋势进行归纳总结,同时分析列举水下无人航行器系统执行探测、避障等不同任务时,分别采用的主要智能运动规划方法的优缺点及其优化发展,最终选取强化学习方法实现声纳系统的认知功能。随后,基于强化学习方法提出被动认知声纳系统结构,并阐明其模块内容和功能。接着对被动认知声纳系统中运动小平台执行汇合任务,采用基于扩展卡尔曼滤波算法和概率数据关联的纯方位跟踪方法进行跟踪时,分别进行理论分析和性能仿真,并将概率数据关联纯方位跟踪方法作为后续无人自主航行器进行自主运动感知的理论基础。为完成基于深度确定策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)强化学习算法的认知跟踪运动规划方法的研究,首先展开对DDPG原理和工作流程的分析,对奖励函数的设计、激活函数的选取及神经网络模型的搭建进行分析说明。最后,使用Python语言在Tensor Flow学习框架上对运动规划环境模型进行搭建,并仿真验证无人自主航行器汇合过程中的相对运动态势和此时认知声纳系统的学习情况,结果表明本文所提出的规划方法完整有效,为之后认知声纳的发展提供新的思路。
李鹏飞[6](2020)在《基于水下无人集群协同探测的区域配置优化研究》文中提出水下无人集群被广泛应用于水下区域侦察、预警探测等领域。平台作为水下信息探测网络中的节点,增强了网络的拓展性,可靠性,但平台的探测效能制约着其行为抉择,协同探测的多平台阵位制约着探测网络效能的发挥,平台的巡逻航路制约着网络的信息快速获取能力。为此,本文首先建立了环境适应下的多平台协同探测效能模型,其次基于建立的模型对多平台阵位按区域有效探测范围最大化进行了优化、对平台航路按路径最短进行了优化研究。首先,为了真实客观地反映水下无人平台环境适应下的探测效能,本文构建了一个完善的多平台协同探测效能模型,为区域平台阵位优化和航路优化做了物理模型准备。基于声纳系统信息流程,选取了利于工程化的声传播模型、目标强度模型、环境噪声模型、通过信噪比与检测概率的关系式获取平台对区域内目标点的协同探测概率,并将各个平台的检测概率结果融合,从而得到多平台协同探测效能,并对制约效能的平台阵位、频率、工作模式、水文条件进行了定量分析。其次,依据多平台协同探测效能模型对多平台阵位按区域有效探测范围最大准则进行优化,选取群体智能算法中的遗传算法、布谷鸟算法在布尔感知模型下做了对比,仿真表明布谷鸟算法在收敛速度和效果上更佳。针对布谷鸟算法后期收敛慢,易陷入局部最优的问题,提出引入高斯变异算子和锦标赛选择机制的改进布谷鸟算法,收敛速度和效果均有明显改善。对基于区域最大有效覆盖面积原则的多平台进行部署优化,用改进布谷鸟算法对区域内被动,一发多收,多发多收不同工作模式下的多平台进行以有效探测范围最大化为准则的优化,仿真表明区域覆盖率均显着提高。针对平台持续跟踪机动目标的问题,本文先用交互多模型算法给出机动目标轨迹预测信息,结合预测点信息用改进布谷鸟算法对布放平台阵位进行优化,仿真结果表明本文算法能够满足区域动态目标跟踪的持续探测需求。最后,依据水下无人平台探测模型对区域内平台巡逻航路进行优化,先将按路径长度最短的航路优化问题转换为旅行商问题;其次将多平台区域巡逻航路优化转化为多个子域单平台巡逻航路优化问题,利用改进布谷鸟算法生成区域覆盖下的点迹;最后对给出的点迹做航路优化,本文介绍了蚁群算法,模拟退火算法,提出了引入退火机制的改进蚁群退火混合算法。仿真对比分析了蚁群算法和改进蚁群退火混合算法的性能,验证了改进的混合算法的效果。本文建立了环境适应下的水下多平台探测效能模型,给出了结合物理模型对多平台按区域有效探测范围最大化的阵位优化方法和按路径长度最短的航路优化方法,为集群区域配置提供了方法参考。
臧传斌[7](2020)在《未知周期声信标定位方法研究及软件设计》文中提出当飞机和轮船在海上失事时,第一时间对失事目标进行搜索救援具有十分重要的意义。飞机和轮船上通常安装有行驶信息记录仪(俗称“黑匣子”),信息记录仪中会安装一个用于水下定位的声信标。当信息记录仪随失事目标沉入水中,声信标会自动开始工作并发射周期性声脉冲信号,因此可以利用水声定位方法对水下失事目标进行搜救。水下目标静止于海底,搜救时通常使用单个平台不断运动进行多点测量,再利用多个测量点的信息确定目标位置。但是由于海底具有高压低温的环境特点,声信标的信号发射周期会产生轻度畸变,使得信号周期不能准确已知,所以在一定程度上属于未知周期。UWAL方法主要分为基于到达角度(Direction of Arrival,DOA)信息的定位方法和基于时延信息的定位方法。本文首先对基于DOA信息的定位方法进行研究。目标的DOA信息不受信号发射周期变化的影响,因此利用DOA信息可以对未知周期声信标进行有效定位。根据目标和定位解算节点的空间位置分布,将基于DOA的定位场景分为平面角定位与空间角定位。针对每种定位场景,本文分别建立了定位物理模型与数学模型,对定位误差进行了理论计算,并对定位误差的分布特点进行了分析。另外,本论文对基于时延信息的定位方法开展了研究。传统的基于时延信息的定位方法主要有基于到达时间(Time of Arrival,TOA)和基于到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的定位方法。要在运动搜索过程中定位,两种方法分别需要时间同步信息或精确的信号周期信息,因此无法应用于未知周期声信标的定位。针对这一问题,本文建立了二阶时间差(Second Order Time Difference of Arrival,STDOA)的物理概念和定义,并根据STDOA提出了一种可应用于未知周期声信标的定位方法。定位精度分析结果显示:所提出的基于STDOA的定位方法具有较高的定位精度,接近于传统的基于时延信息的定位方法。在上述理论研究的基础上,本论文结合实际工程项目的需求,进行了未知周期声信标定位软件的设计和开发。该软件基于Qt Creator平台,采用功能模块化设计,包含系统初始化、数据通信、定位解算算法、文件管理等模块,分别实现了试验参数设置、数据传输、定位结果计算和试验信息存储等功能。最后,分别进行了实验室联调、水池试验及湖试试验,验证了论文所提出方法的有效性,理论分析的正确性和所开发软件的可靠性。试验结果证实:基于STDOA的定位方法和基于DOA的定位方法均能对未知周期声信标有效定位。其中,基于STDOA的定位方法具有更好的定位精度,而基于DOA的定位方法收敛较快且鲁棒性较好。
赵冬冬[8](2019)在《基于稀疏阵列的实时三维声学成像技术研究》文中提出水下实时三维声学成像技术在海底地貌测绘、海底施工、水下航行器避障、水下机器人、海上工程建设和军事作战等领域的作用日益凸显,具有广泛的应用前景。目前,十字阵列和平面阵列是水下三维声学成像系统中常用的两种阵列形式。十字阵列具有阵元数量较少的优点,在水下实时成像应用中,通常用于近距离探测,但目前基于十字阵列的实时波束形成算法及其稀疏优化设计只考虑了理想的远场条件,难以保证近场任意距离的波束图性能。另一方面,基于平面阵列的三维成像系统具有图像刷新率高、可远距离实时成像的优点,通常采用快速波束形成算法和稀疏阵列降低计算量和硬件复杂度,但存在快速波束形成在稀疏阵列上计算效率低以及阵列稀疏率不足的问题。本文分别针对十字阵列和平面阵列的实时三维声学成像技术及稀疏阵列设计进行了深入研究,并研究成果应用于基于稀疏阵列的实时三维声学成像系统中。1、针对十字阵列实时波束形成算法近场性能不足的问题,提出了一种兼顾远场和近场性能的十字阵列实时波束形成算法。发射阵列采用多频率发射波束形成算法,保证成像的实时性,同时根据发射阵列的景深,将整个三维场景划分为多个聚焦区间,分时向各个聚焦区间发射波束信号,提升近场发射波束形成性能;接收阵列将传统的CZT波束形成扩展至十字阵列近场宽带波束形成算法中,同时结合修剪FFT技术,可快速处理近场宽带信号。该算法在有效减少系统计算需求的同时,保证了远近场条件下十字阵列整体波束图性能。2、针对十字阵列波束图在近场非聚焦距离处旁瓣较高且阵列稀疏率不足的问题,提出了一种适用于全场景的非网格化稀疏阵列设计方法。基于模拟退火算法,对十字阵列远近场波束图进行分析,提出了一种新的能量函数,该能量函数包含了整个三维场景每个距离的信息,在稀疏优化过程中,可以有效抑制全场景内波束图的旁瓣高度;在此基础上,针对远场提出了二次优化,降低了系统在远场工作时所需的阵元数量;之后,为最大化降低阵元数量,在模拟退火算法中引入位置扰动,阵元位置不受网格化约束,提高了稀疏优化过程的自由度。相比其他稀疏阵列,该非网格化稀疏阵列以更少的阵元数量获得了全场景内更优的波束图性能。3、针对当前快速波束形成算法在稀疏阵列上计算效率低、阵列稀疏率不足的问题,分别提出了 一种修剪的分布式并行子阵(P-DPS)波束形成算法及其稀疏阵列设计方法。P-DPS算法将传统的分布式并行子阵(DPS)波束形成转化为一系列一维FFT运算;对全布阵和稀疏平面阵列波束形成输入和输出特性进行分析,运用修剪FFT算法有效剪除了不必要的操作,大大提升了计算效率。同时,为进一步降低系统的复杂度,设计了一种适用于P-DPS算法的稀疏平面阵列。该方法以更低的计算量和更少的阵元数量,获得了与其他方法相同的波束图性能。该成果应用于实际三维声学成像系统,水下试验验证了算法的有效性。
卢鹏[9](2019)在《基于双目视觉的水下光学目标检测与跟踪技术研究》文中研究说明我国作为海洋大国,对海洋资源的开发利用具有重要的军事和经济价值。水下航行器是海洋资源探测、开发和利用的重要工具。仿生水下航行器由于在机动性、能耗、隐蔽性等方面都具有较大优势,近年来得到工业界和学术界的关注。在近水、浅水环境中,利用立体视觉传感器可以获取比传统的声学设备具有更加丰富的图像信息,进而可以提高航行器对复杂位置环境的感知能力和自主航行能力。然而,水下视觉技术需要解决成像质量差、对环境敏感、鲁棒性低等难点问题。对此,本文在军委科技委和船舶工业工程研究院项目的支持下,重点研究水下仿生航行器光学目标检测跟踪及试验平台构建问题,具体研究内容如下。针对水下视觉技术,本文以激光束为研究目标,分析其水下成像特点,利用颜色特征和几何特征融合增强目标对比度,通过形态学运算、目标直线拟合等方法对目标检测,在曲线拟合部分,通过上下搜索的方法可以提高检测的鲁棒性;在目标特征点变化、水下背景单一情况下,研究了基于信息融合的卡尔曼滤波跟踪技术,以解决目标跟踪问题,同时针对特定目标优化运动模板跟踪算法,提高跟踪效果。通过室内试验,验证和评估了目标跟踪性能。分析了水下和空气中相机模型的差异,推导水下目标距离相机不同位置引起图像畸变的关系,并通过室内、水下相机标定验证,在此基础上建立了双目视觉模型,解算了目标相对相机的空间位置。通过室内试验,验证和评估了空间位置的解算精度。设计制作了依靠BCF运动方式(如黑鱼型)的仿生水下航行器,水下试验表明该仿生鱼具有较好的机动性能,实际转弯半径小于一倍体长;游动速度满足了项目要求,但是提升空间较大。开展了仿黑鱼航行器室外水下游动和目标跟踪试验。在该航行器平台上,完成了基于视觉的感知和控制算法的代码实现和模块测试,以及利用水下双目视觉检测跟踪水下激光束目标的游动试验。基于实测数据评估了控制算法,目标位置解算模型和跟踪算法的准确性和鲁棒性。
王玉柱[10](2019)在《UUV近海底地形跟踪策略及控制方法研究》文中进行了进一步梳理无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是一种具有自主能力的水下运载工具,在军事、科学和经济等领域都有广泛应用,能够完成情报搜集、地形地貌勘测、沉船打捞、海底搜救等任务。在执行这些任务,尤其是海底地形地貌勘测时,为获得更加精确的信息,需要UUV与海底保持较近的稳定高度,即近海底地形跟踪。然而,在实际海洋环境中,海底地形未知且崎岖不平,这就导致UUV实现地形跟踪的难度大、效率低。正因如此,研究在未知环境下UUV的近海底地形跟踪问题具有非常重要的理论意义及实用价值。本文针对UUV在未知环境中的近海底地形跟踪问题提出了一种根据地形特征制导的跟踪策略。首先,通过对近海底地形跟踪问题的分析,设计了三个单波束探测声纳探测海底地形的基础架构;其次,基于单波束测距声纳的测距融合信息进行海底地形特征提取;最后,提出根据地形特征确定UUV航行高度指令的近海底地形跟踪策略。本文针对三维未知海底地形跟踪问题,提出一种UUV近海底跟踪控制架构。它将三维海底地形跟踪转化为水平面和垂直面的联合控制,即UUV在水平面上跟踪期望的二维水平面航迹点,在垂直面上根据近海底地形跟踪策略,采用反步法设计高度控制器控制UUV的航行高度,从而实现UUV对三维近海底地形的实时跟踪。本文使用MATLAB软件对上述控制策略及方法进行了仿真验证。首先,建立了四种典型二维海底地形模型即上坡地形、下坡地形、凸形地形及凹形地形。通过对四种地形的跟踪,验证控制方法的实时性及有效性。然后,开展了UUV不同声纳安装角度、不同航速的地形跟踪仿真试验研究;最后,建立了复杂三维海底地形,对所提地形跟踪控制架构、跟踪策略及跟踪控制方法进行了整体验证。通过仿真试验验证,本文所提出的近海底地形跟踪控制策略和控制方法不仅可以精确跟踪平缓地形,也可以有效识别并安全跟踪崎岖地形,易于工程实现,具有良好的实用价值。
二、水下航行器探测声纳系统(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、水下航行器探测声纳系统(论文提纲范文)
(1)美海军水下作战体系发展及启示(论文提纲范文)
引言 |
1 美海军水下作战体系发展现状 |
1.1 水下侦察预警系统 |
1.2 水下指挥控制系统 |
1.3 水下攻防系统 |
1.4 水下综合保障系统 |
2 美海军水下作战体系发展趋势 |
2.1 未来的水下战是体系化作战,网络化、信息化是实现跨域分布式作战的基础 |
2.2 优先发展水下无人系统,构建新型分布式水下舰队架构 |
2.2.1 大力发展功能各异的新型水下航行器 |
2.2.2 加强颠覆性的水下无人预置平台研发 |
2.2.3 构建同构、异构水下集群,积极推进跨空水介质装备/系统研发 |
2.3 核潜艇仍是现阶段水下作战最重要装备平台,注重突出平台的多功能化、任务载荷搭载能力与模块化 |
2.4 重点攻关水下战关键技术 |
3 启示 |
3.1 水下战是体系对抗,需要构建攻防兼备、协同高效的水下装备体系 |
3.2 需求牵引与能力牵引相结合,加大水下战关键技术攻关,系统集成应用与技术突破相结合,注重时间成本与经济效应 |
4 结束语 |
(2)分舱段圆柱壳声散射特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 水中典型结构声散射特性研究 |
1.2.2 分舱段结构声散射特性研究 |
1.3 本文研究内容以及章节安排 |
第二章 分舱段圆柱壳声散射计算方法 |
2.1 引言 |
2.2 非轴对称激励下轴对称目标声散射快速计算方法 |
2.2.1 基于变分原理的非轴对称入射场弱形式表达 |
2.2.2 基于变分原理的声场-弹性场耦合弱形式表达 |
2.3 基于COMSOL软件的目标声散射建模方法 |
2.3.1 COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件概况 |
2.3.2 斜入射平面波背景场的构造 |
2.3.3 基于完美匹配层的无限域模拟 |
2.3.4 基于Kirchhoff积分的外场计算 |
2.4 基于物理声学的板块元方法 |
2.5 基于稳相法的亮点模型方法 |
2.6 本章小结 |
第三章 分舱段圆柱壳声散射数值研究 |
3.1 引言 |
3.2 分舱段圆柱壳声散射有限元建模 |
3.3 分舱段圆柱壳声散射板块元建模 |
3.4 分舱段圆柱壳声散射亮点模型建模 |
3.5 分舱段圆柱壳数值结果及理论分析 |
3.5.1 计算方法的对比验证 |
3.5.2 分舱段圆柱壳数值结果及理论分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 分舱段圆柱壳声散射试验研究 |
4.1 引言 |
4.2 分舱段圆柱壳模型声散射试验方案 |
4.2.1 试验模型及测试条件 |
4.2.2 试验工况及步骤 |
4.3 试验数据处理方法 |
4.4 分舱段圆柱壳声散射试验结果及分析 |
4.4.1 时域结果及分析 |
4.4.2 频域结果及分析 |
4.4.3 目标强度结果及分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结与结论 |
5.2 本文的创新点 |
5.3 研究工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
(3)AUV水下智能探测系统研究与实现(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 水声识别技术的分析与国内外现状 |
1.2.1 国外发展现状 |
1.2.2 国内发展现状 |
1.3 文章的研究目标与结构安排 |
1.3.1 研究目标与内容 |
1.3.2 系统的总体构成与本文的组织框架 |
第二章 水声信号传播及采集 |
2.1 声波在水中传播模型 |
2.2 水听器选型 |
2.2.1 主流水听器介绍 |
2.2.2 水听器性能对比 |
2.3 水听器灵敏度性能标定 |
2.4 水声采集过程 |
2.5 本章小结 |
第三章 数据采集系统设计 |
3.1 数据采集装置的总体软硬件设计 |
3.1.1 主控制器选择 |
3.1.2 开发工具 |
3.2 操作系统的选取与移值 |
3.2.1 常见嵌入式操作系统对比 |
3.2.2 FreeRtos操作系统的移植 |
3.3 数据存储系统 |
3.3.1 SD卡性能介绍 |
3.3.2 SD卡的通讯协议开发 |
3.4 采集卡控制软件设计及实验验证 |
3.6 本章小结 |
第四章 水声信号预处理算法研究 |
4.1 水声信号分析 |
4.1.1 背景噪声分析 |
4.1.2 潜航器水下噪声分析 |
4.2 水声信号预处理 |
4.2.1 预处理基本原理 |
4.2.2 自适应谱线增强算法 |
4.2.3 自相关法 |
4.3 本章小结 |
第五章 谱特征的选择与提取 |
5.1 三维时频特征提取 |
5.1.1 时频图的生成原理 |
5.1.2 窗函数的分析与选择 |
5.1.3 三维时频特征提取 |
5.2 小波能量特征提取 |
5.2.1 小波分解原理 |
5.2.2 水下信号能量特征流程 |
5.2.3 特征提取算法改进及实验验证 |
5.3 特征提取算法对比 |
5.4 本章小结 |
第六章 水声信号分类 |
6.1 分类器总体设计 |
6.2 支持向量机SVM |
6.2.1 支持向量机原理介绍 |
6.2.2 SVM模型参数优化 |
6.3 K-近邻分类器 |
6.4 数据库的建立及实验验证 |
6.5 混合分类器效率测试 |
6.6 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
(4)基于参数化的三体组合式自主水下航行器多目标优化设计研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 水下航行器外形的国内外研究现状 |
1.2 水下航行器优化设计的研究现状 |
1.3 论文主要框架和希望解决的主要问题 |
1.4 论文的主要工作 |
第二章 三体组合式自主水下航行器参数化设计 |
2.1 概述 |
2.2 三体组合式自主水下航行器外形设计 |
2.2.1 浮体和主体线形及外形结构控制参数确定 |
2.2.2 阻力特性影响因子确定 |
2.2.3 水下航行器耐压壳体尺度设计 |
2.3 三体组合式自主水下航行器推进装置初选 |
2.3.1 推进装置选型 |
2.3.2 推进效率影响因子和目标函数的确定 |
2.4 三体组合式自主水下航行器总布置设计 |
2.4.1 主舱体总布置设计 |
2.4.2 稳性影响因子和目标函数确定 |
2.5 三体组合式自主水下航行器续航性设计 |
2.5.1 三体组合式自主水下航行器能源动力类型选择 |
2.5.2 续航性影响因子和目标函数确定 |
2.6 三体组合式自主水下航行器经济性模块设计 |
2.7 本章小结 |
第三章 代理模型技术和多目标优化算法 |
3.1 概述 |
3.2 试验设计 |
3.2.1 试验设计方法 |
3.2.2 试验设计方法比较 |
3.3 代理模型构建 |
3.3.1 代理模型分类 |
3.3.2 代理模型精度分析 |
3.4 多目标优化理论 |
3.5 多目标遗传优化算法 |
3.5.1 带精英策略的非支配排序遗传算法 |
3.6 本章小结 |
第四章 水下航行器优化试验设计和代理模型构建 |
4.1 概述 |
4.2 试验设计和自动化平台建立 |
4.2.1 浮体和主舱体部分试验设计 |
4.2.2 基于Isight的 Star CCM+自动化计算平台搭建 |
4.3 代理模型构建 |
4.3.1 代理模型构建步骤及平台构建 |
4.3.2 快速性代理模型建立 |
4.3.3 稳性代理模型建立 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于多目标遗传算法的水下航行器综合优化 |
5.1 概述 |
5.2 基于Isight的多目标遗传优化的实现 |
5.2.1 优化模型构建 |
5.3.2 基于Isight的水下航行器优化设计框架构建 |
5.3 优化前后水下航行器性能对比 |
5.3.1 优化前后快速性对比 |
5.3.2 优化前后稳性对比 |
5.3.3 优化前后续航性和经济性对比 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(5)基于强化学习的水下小平台认知跟踪关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 研究趋势和发展现状 |
1.2.1 认知声纳 |
1.2.2 UUV智能运动规划 |
1.3 本文内容安排 |
第2章 认知声纳系统与强化学习的基本理论 |
2.1 引言 |
2.2 认知系统概述 |
2.3 强化学习基本理论 |
2.3.1 强化学习模型元素 |
2.3.2 强化学习的探索与收益平衡 |
2.3.3 强化学习的值函数及其优化 |
2.4 基于强化学习的被动认知声纳 |
2.4.1 感知部分 |
2.4.2 行动部分 |
2.4.3 记忆和注意机制 |
2.5 本章小结 |
第3章 水下小平台纯方位跟踪方法 |
3.1 引言 |
3.2 纯方位跟踪基本理论 |
3.2.1 纯方位跟踪系统模型 |
3.2.2 纯方位跟踪机动的航路优化 |
3.2.3 扩展卡尔曼滤波估计算法 |
3.2.4 性能仿真与分析 |
3.3 基于概率数据关联的纯方位跟踪算法 |
3.3.1 系统量测模型 |
3.3.2 关联波门 |
3.3.3 关联概率计算 |
3.3.4 状态更新与协方差更新 |
3.4 性能仿真与分析 |
3.4.1 仿真设计 |
3.4.2 机动单站跟踪目标仿真分析 |
3.4.3 机动运动影响参数对比分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 UUV汇合任务认知跟踪运动规划 |
4.1 引言 |
4.2 深度确定策略梯度算法 |
4.2.1 DQN算法 |
4.2.2 深度神经网络 |
4.2.3 经验池回放 |
4.2.4 DDPG运动规划原理 |
4.3 基于DDPG的认知跟踪运动规划方法 |
4.3.1 奖励函数的设计 |
4.3.2 激活函数的选择 |
4.3.3 神经网络模型的搭建 |
4.4 仿真环境验证 |
4.4.1 UUV汇合仿真实验 |
4.4.2 学习率对认知跟踪系统的影响 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(6)基于水下无人集群协同探测的区域配置优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 环境适应下的水下无人平台探测效能模型 |
1.2.2 水下无人平台区域阵位优化技术 |
1.2.3 水下无人平台巡逻航路优化技术 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 多平台协同探测效能建模及制约因素分析 |
2.1 通用的探测效能模型 |
2.1.1 布尔感知模型 |
2.1.2 概率感知模型 |
2.2 多平台协同探测效能建模 |
2.2.1 声纳系统探测基本模型 |
2.2.2 声传播模型 |
2.2.3 目标强度模型 |
2.2.4 环境噪声模型 |
2.2.5 多平台协同探测效能建模实现过程 |
2.2.6 多平台协同探测效能模型仿真 |
2.3 多平台协同探测制约因素仿真分析 |
2.3.1 空间阵位因素 |
2.3.2 频率参数 |
2.3.3 平台工作模式 |
2.3.4 水文因素 |
2.4 本章小结 |
第3章 多平台协同探测的区域阵位优化研究 |
3.1 任务场景及问题简述 |
3.2 覆盖分类与覆盖度 |
3.2.1 覆盖控制问题分类 |
3.2.2 覆盖度 |
3.3 基于生物启发的群体智能优化算法 |
3.3.1 遗传算法 |
3.3.2 布谷鸟算法 |
3.3.3 改进布谷鸟算法 |
3.4 基于目标未知的多平台协同探测区域阵位优化 |
3.4.1 优化原则 |
3.4.2 多被动平台协同探测下的区域阵位优化 |
3.4.3 多基地协同探测下的区域阵位优化 |
3.5 基于动目标跟踪的接收平台布放优化 |
3.5.1 问题描述 |
3.5.2 平台跟踪目标滤波模型 |
3.5.3 平台跟踪目标优化布放流程 |
3.5.4 算法仿真及分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 面向目标搜索的平台巡逻航路优化研究 |
4.1 问题阐述与模型构建 |
4.1.1 问题简述 |
4.1.2 数学模型构建 |
4.2 群体智能优化算法 |
4.2.1 蚁群算法 |
4.2.2 模拟退火算法 |
4.2.3 改进的蚁群退火混合算法 |
4.3 多平台协同搜索优化仿真实验 |
4.3.1 任务区域分配策略 |
4.3.2 算法仿真及分析 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(7)未知周期声信标定位方法研究及软件设计(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 常用水声定位方法及研究现状 |
1.3 论文内容安排 |
第2章 基于方位角信息的定位方法 |
2.1 平面角定位方法 |
2.1.1 平面角定位方法基本原理 |
2.1.2 平面角定位方法误差分析 |
2.2 空间角定位方法 |
2.2.1 空间角定位方法基本原理 |
2.2.2 空间角定位方法误差分析 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于时延信息的定位方法 |
3.1 定位模型的建立 |
3.2 传统的时延定位方法 |
3.2.1 基于TOA的定位方法 |
3.2.2 基于TDOA的定位方法 |
3.2.3 TOA和 TDOA的误差分析 |
3.2.4 TDOA定位法在周期未知时的性能 |
3.3 基于STDOA的定位方法 |
3.3.1 STDOA法定位的基本原理 |
3.3.2 STDOA定位法的改进方法 |
3.3.3 STDOA法定位的误差分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 水下目标定位软件的设计实现 |
4.1 软件基础框架和机制 |
4.1.1 开发工具介绍 |
4.1.2 信号与槽机制 |
4.1.3 网络通信接口 |
4.2 软件整体功能流程 |
4.3 功能模块化设计 |
4.3.1 系统初始化模块 |
4.3.2 通信模块 |
4.3.3 定位算法模块 |
4.3.4 文件管理模块 |
4.4 本章小结 |
第5章 实验室联调、水池、湖上试验结果及分析 |
5.1 实验室联调测试 |
5.2 水池试验 |
5.3 湖上试验 |
5.3.1 声信标测试 |
5.3.2 第一次湖上测试结果 |
5.3.4 第二次湖上测试结果 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(8)基于稀疏阵列的实时三维声学成像技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题的意义 |
1.2 三维声学成像技术综述 |
1.2.1 三维声学成像技术国内外发展现状 |
1.2.2 波束形成算法 |
1.2.3 稀疏阵列优化算法 |
1.3 主要研究内容和论文组织结构 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 论文组织结构 |
第二章 兼顾远场和近场性能的十字阵列实时波束形成算法研究 |
2.1 多频发射波束形成及近场优化 |
2.1.1 远场条件下的多频发射波束形成算法 |
2.1.2 近场条件下优化的MFT算法 |
2.1.3 O-MFT算法的扫描时间 |
2.2 基于十字型阵列的CZT波束形成优化算法 |
2.2.1 O-CZT接收波束形成算法 |
2.2.2 计算量分析与比较 |
2.3 仿真实验和实际水下试验 |
2.3.1 仿真实验 |
2.3.2 实际水下试验 |
2.4 本章小结 |
第三章 适用于全场景的非网格化稀疏阵列方法研究 |
3.1 基于模拟退火算法的稀疏阵列优化方法 |
3.2 近场和远场条件下十字阵波束图分析 |
3.3 适用于全场景的新能量函数 |
3.3.1 新能量函数的定义 |
3.3.2 新能量函数的简化 |
3.3.3 远场条件下的二次优化 |
3.4 基于模拟退火算法的非网格化稀疏阵列设计 |
3.4.1 非网格化稀疏阵列 |
3.4.2 优化的模拟退火算法 |
3.5 实验结果及分析 |
3.5.1 实验环境 |
3.5.2 实验结果及分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 修剪的分布式并行子阵波束形成算法及其稀疏阵列设计 |
4.1 分布式并行子阵波束形成算法 |
4.2 基于稀疏平面阵列的P-DPS波束形成算法 |
4.2.1 分布式并行子阵波束形成的优化算法 |
4.2.2 针对稀疏阵列的剪除算法 |
4.2.3 计算量分析 |
4.2.4 FPGA数据通路实现 |
4.3 适用于P-DPS算法的稀疏平面阵列优化设计 |
4.3.1 新能量函数的定义 |
4.3.2 稀疏平面阵列优化设计流程 |
4.4 计算量比较及稀疏阵列优化结果 |
4.4.1 波束形成算法计算量比较 |
4.4.2 稀疏阵列优化结果 |
4.5 仿真实验和实际水下试验 |
4.5.1 仿真实验 |
4.5.2 实际水下试验 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间的主要研究成果 |
(9)基于双目视觉的水下光学目标检测与跟踪技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 主要内容 |
1.4 论文结构安排 |
第二章 水下视觉问题描述 |
2.1 引言 |
2.2 水下成像特点分析 |
2.3 水下视觉技术问题 |
2.4 水下相机模型问题 |
2.5 水下试验平台问题 |
2.6 本章小结 |
第三章 激光束目标检测技术研究 |
3.1 引言 |
3.2 图像畸变矫正 |
3.3 激光束目标特征提取 |
3.3.1 颜色特征提取 |
3.3.2 直线检测 |
3.4 目标提取 |
3.4.1 形态学运算 |
3.4.2 曲线拟合 |
3.5 本章小结 |
第四章 激光束目标跟踪算法研究 |
4.1 引言 |
4.2 光流法 |
4.2.1 稠密光流 |
4.2.2 稀疏光流法 |
4.3 运动模板 |
4.3.1 优化跟踪算法 |
4.4 卡尔曼滤波跟踪法 |
4.4.1 卡尔曼滤波原理 |
4.4.2 卡尔曼滤波试验 |
4.5 本章小结 |
第五章 相机建模以及空间坐标解算 |
5.1 引言 |
5.2 相机成像基本原理 |
5.3 水下相机模型 |
5.4 双目相机标定 |
5.5 相机建模求解目标空间位置信息 |
5.6 本章小结 |
第六章 无人仿生机器鱼平台构建 |
6.1 引言 |
6.2 仿生鱼外形设计及流体仿真 |
6.3 仿生鱼总体设计及平台硬件选型 |
6.4 仿生鱼控制算法设计 |
6.4.1 姿态控制算法设计 |
6.4.2 速度控制算法设计 |
6.5 水下试验 |
6.5.1 机动性能测试 |
6.5.2 激光束跟随试验 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 未来展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(10)UUV近海底地形跟踪策略及控制方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 海底地形勘测UUV发展概况 |
1.3 UUV地形跟踪方法国内外研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.3.3 UUV地形跟踪方法总结 |
1.4 课题的主要研究内容及组织结构 |
第2章 UUV空间运动建模及海底地形建模 |
2.1 引言 |
2.2 UUV运动学建模 |
2.2.1 坐标系的建立及其转换关系 |
2.2.2 运动学模型 |
2.3 UUV动力学建模 |
2.4 UUV执行机构建模 |
2.5 UUV空间运动建模验证 |
2.5.1 定常直航运动 |
2.5.2 定常回转运动 |
2.5.3 上浮下潜运动 |
2.6 海底地形建模 |
2.6.1 典型二维海底地形特征建模 |
2.6.2 复杂三维海底地形建模 |
2.7 本章小结 |
第3章 UUV近海底地形跟踪策略研究 |
3.1 引言 |
3.2 UUV近海底地形跟踪问题描述 |
3.3 UUV近海底地形跟踪声纳配置 |
3.4 UUV近海底地形跟踪声纳探测及信息处理 |
3.4.1 单波束声纳探测分析 |
3.4.2 声纳信息采集及处理 |
3.4.3 多声纳海底地形感知系统 |
3.5 基于地形特征提取的UUV近海底地形跟踪策略 |
3.6 本章小结 |
第4章 UUV近海底地形跟踪控制方法研究 |
4.1 引言 |
4.2 UUV近海底地形跟踪控制架构 |
4.3 UUV地形跟踪反步控制基本原理 |
4.3.1 反馈控制简述 |
4.3.2 反步法控制方法 |
4.4 UUV地形跟踪高度控制器设计 |
4.4.1 高度误差 |
4.4.2 高度控制器设计 |
4.4.3 鲁棒性分析 |
4.4.4 控制器仿真验证研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 UUV近海底地形跟踪仿真验证研究 |
5.1 引言 |
5.2 UUV近海底地形跟踪仿真验证架构 |
5.3 典型二维海底特征地形的跟踪策略及控制方法研究 |
5.3.1 不同典型二维海底特征地形的验证研究 |
5.3.2 不同声纳配置角度下的验证研究 |
5.3.3 不同航速下的验证研究 |
5.4 复杂三维海底地形跟踪综合验证 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
四、水下航行器探测声纳系统(论文参考文献)
- [1]美海军水下作战体系发展及启示[J]. 刘晓伟,马宇,李筠,袁湘江. 飞航导弹, 2021(05)
- [2]分舱段圆柱壳声散射特性研究[D]. 张迪. 上海交通大学, 2020(01)
- [3]AUV水下智能探测系统研究与实现[D]. 陈文冲. 电子科技大学, 2020(01)
- [4]基于参数化的三体组合式自主水下航行器多目标优化设计研究[D]. 戴鹏. 华南理工大学, 2020(02)
- [5]基于强化学习的水下小平台认知跟踪关键技术研究[D]. 贺华. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [6]基于水下无人集群协同探测的区域配置优化研究[D]. 李鹏飞. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [7]未知周期声信标定位方法研究及软件设计[D]. 臧传斌. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [8]基于稀疏阵列的实时三维声学成像技术研究[D]. 赵冬冬. 浙江大学, 2019
- [9]基于双目视觉的水下光学目标检测与跟踪技术研究[D]. 卢鹏. 电子科技大学, 2019(01)
- [10]UUV近海底地形跟踪策略及控制方法研究[D]. 王玉柱. 哈尔滨工程大学, 2019(09)