无人水下航行器

摘要： 针对现有无人水下航行器(UUV)发射鱼雷时出管速度低、发生启动故障后无法顺利出管以及作用在鱼雷上的瞬间推力较大等不足,提出了结构简单且能与自航发射方案配套的水下钢缆拖拽发射鱼雷基本结构方案。在此基础上,建立了水下钢缆拖拽发射鱼雷的内弹道模型,其中包括发射气瓶气体状态模型、发射阀数学模型、气水缸数学模型、拖拽装置数学模型以及鱼雷运动数学模型。最后进行了发射过程仿真,并对发射气瓶初始充气压力大小、UUV航速以及钢缆弹性等参数对鱼雷发射内弹道的影响进行了分析对比。仿真结果表明:该方案满足UUV发射鱼雷的要求,在原理上具备可行性,且结构本身能够解决自航发射时鱼雷因故障无法顺利出管的应急抛射问题,并在一定程度上减小了对鱼雷尾部结构强度的要求。

摘要： 无人水下航行器(UUV)运行时所携带的多元测距声呐在水下环境获取到的数据置信度较低。因此,采用均值漂移聚类算法对所获取到的数据进行预处理,将异常数据与正常数据分为不同的数据类,得到边界点的集合;然后利用Alpha-Shapes算法将边界点连接成轮廓线;并且为了满足UUV跟踪的理想路径需平滑的要求,利用贝塞尔曲线对构建的轮廓线进行拟合;最后,利用控制方法来实现对所构建地图的跟踪,从而解决了UUV在未知海洋环境下的地图构建问题。

摘要： 为解决复杂航行环境下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)路径规划及跟踪控制问题,提出一种考虑避障的全局路径规划策略及实现有限时间精确路径跟踪的控制方法。基于改进人工势场法得到一条可跟踪且避免碰撞的全局路径,为UUV实现精确路径跟踪奠定基础。引入Serret-Frenet坐标系,并设计用于路径规划的视线(line-of-sight,LOS)制导方法。基于非奇异终端滑模控制设计UUV控制律,确保系统误差可以在有限时间内趋近于零。基于李雅普诺夫稳定性理论证明所设计控制系统的稳定性,仿真实验验证了所设计的UUV路径规划及跟踪控制方法的有效性。路径规划模块与路径跟踪模块有效结合更加符合实际UUV工作环境的需要,具有重要的实际意义。

摘要： 为了解决无人水下航行器(UUV)多项式轨迹大幅偏移原直线路径的问题,保证其能平稳且安全地通过障碍物区域,提出了一种基于7阶最小Snap的UUV多项式轨迹优化方法。首先在A*算法生成的初始路径基础上,根据预瞄线原理选取轨迹优化的参考点,然后拟合2种不同等式约束下的最小Snap轨迹,并且在具有连续约束的轨迹中增加中间平衡点进行偏移优化,同时设定评估指标来评价优化前后的偏移程度,最后在构建的障碍物环境中进行仿真试验,得到在时间一致约束下的3种不同轨迹。仿真结果表明,0约束下的轨迹虽然具有无碰撞保证,但是依然为折线轨迹,具有连续约束的轨迹虽然较平滑,但存在较大偏移,优化后的方法可以生成一条平滑且偏移量更小的轨迹。

摘要： 当前,无人水下航行器(UUV)的发展日益受到任务环境及发展需求的挑战,单体UUV的载荷以及任务指向的局限性越发凸显,集群编队控制已然成为重要发展方向。针对UUV集群编队控制系统梳理了国内外应用成果以及技术研究现状,重点总结了常用的队形控制算法,其中涵盖人工势场法、领航者-跟随者法、基于行为法、虚拟结构法、强化学习法。最后对UUV编队控制研究现状做出总结与展望,以期为日后UUV集群技术的发展提供参考与思路。

摘要： 无人水下航行器(UUV)在无人平台动态布放时易受平台航行的干扰,因此对水下无人平台动态布放UUV过程水动力特性研究极为重要。文中基于雷诺平均法和k-ε湍流模型,使用重叠网格并结合多参考系模型,建立了一种适用于研究动态布放与双体分离的数值水池。通过开展典型算例研究,将仿真结果与标模试验结果进行对比,结果表明:该方法仿真误差小于8%,精度满足工程应用需求。进一步使用该方法对大型水下无人航行平台动态布放UUV进行仿真,对该状态下UUV水动力参数进行预报,并与自由航行状态参数进行对比,结果表明:布放状态下,UUV操作性较自由状态明显减弱,对布放过程与控制策略设计具有一定的指导意义。

摘要： 水下滑翔机作为无人水下航行器装备体系中的重要成员,是一种依靠调节浮力实现升沉、借助水动力实现水中滑翔的新型水下机器人,具有尺寸小、功耗低、航速慢、航程远、续航时间长、自主性高、制造和维护成本低等特点,能够满足长时续、大范围、三维连续海洋探测的需求。本文综述水下滑翔机的概念、分类与优缺点,较全面地梳理总结水下滑翔机的国内外研究现状,并对水下滑翔机未来的发展方向进行展望。

摘要： 水下单信标导航系统具有系统复杂度低、灵活配置及隐蔽性高等特点,信标航路接近设计是UUV单信标自身惯导校准及成功定位的关键。文章首先对单信标基于频差(Frequency Difference Of Arrival,FDOA)导航原理进行介绍并对导航误差进行分析,然后依据导航误差分布规律优化设计了单信标导航信标接近路径,提出了长航程UUV导航校准流程。在设计的长航程仿真场景中,利用若干单信标,实现了UUV的惯导误差校准。

摘要： 无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)在军用领域和民用领域均有着广泛的应用。动力技术作为水下航行器的发展瓶颈,始终备受研究人员的关注。相比于传统的水下航行器用活塞发动机以及电动力推进器,以蒸汽涡轮发动机为主机的水下闭式循环系统具有高比能量、大比功率和无工质排放等优点,被视为一种极具潜力的水下航行器动力源。蒸汽涡轮发动机控制系统的设计将直接影响其性能表现。当前研究中,涡轮机的转速控制主要采用比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)反馈控制,各控制参数多为试凑得出,调试工作量巨大且控制效果不佳,极易造成系统超调或反应速度变慢等问题。通过分析蒸汽涡轮发动机的动态过程,明确了关键动态环节,将系统简化为蒸汽容积和转子两大模块,采用小偏差线性化的方法建立其线性模型。在此基础上,提出了一种基于遗传算法的PID参数优化方法,通过设计最小目标函数,实现多目标优化,在全域范围内进行参数寻优。仿真实验证明该PID参数优化方法迅速高效,经过参数优化后的PID控制器响应快速、无超调,控制效果良好。

摘要： 针对浮力调节机构约束下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的变深控制问题,提出一种基于正交神经网络饱和补偿器的自适应动态面控制方法。首先,建立考虑执行机构动态特性的UUV数学模型。在此基础上,采用反步法和非线性跟踪微分器设计动态面控制器,同时引入线性扩张状态观测器(linear extended state observer, LESO)在线估计浮力变化与模型不确定性引起的干扰,继而在控制器中进行补偿。然后,基于正交神经网络设计饱和补偿器,并证明闭环系统所有误差一致最终有界。仿真结果表明,与现有的动态面控制方法相比,所提方法在浮力调节机构约束下,具有较好的动态性能与稳态精度。

摘要： 针对海洋环境复杂多变、不确定因素影响以及无人水下航行器自身动力学特性带来许多非线性多变量问题，常规的控制方法很难控制其按照预定的轨迹航行。本文通过无人水下航行器动力学分析和运动建模，将系统解耦为航向、横滚、纵向三通道控制系统。为了消除解耦过程中存在的问题，采用PID神经网络控制算法来实现三自由度的独立控制。仿真结果表明，该控制方法不仅减少了计算时间提高了响应速度，而且具有超调量小、稳态精度高等控制品质，对无人水下航行器的实际应用具有一定意义。

摘要： 以无人水下航行器的发展趋势与功用为主题,介绍了无人水下航行器的特点和使命,阐述了无人水下航行器的发展历程和研究现状,重点介绍了美国在无人水下航行器方面的发展过程和发展方向.最后展望了其未来发展重点及在军事方面的广泛应用.

摘要： 文章针对产品结构和使用环境高度复杂的大型无人水下航行器可靠性指标验证难的问题，从产品可靠性特点分析人手，比较研究了经典法和Bayes法两种可靠性试验验证方法的应用，提出了半实物仿真试验与现场试验相结合的Bayes可靠性综合试验的思路及方案，可较好的解决无人水下航行器的可靠性验证难题。

摘要： 无人水下航行器(UUV)水下航行时受力复杂,涉及到流体与固体的相互耦合作用.为了研究UUV水下加速和匀速巡航时的受力和变形情况.本文使用计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)双向流固耦合方法,基于ansys workbench平台,利用fluent与transient mechanical对UUV水下加速和匀速航行过程进行双向流固耦合数值模拟.得到了UUV运动时的流场变化过程,以及UUV随时间变化的受力曲线和UUV的运动轨迹,重点讨论了UUV的变形和受力情况.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： UUV集群具有空间分布、功能分布、时间分布的特点,能够实现单个UUV无法或难以完成的复杂任务,是未来UUV反水雷技术发展的新方向.本文开展了集群反水雷系统总体方案研究,提出集群反水雷系统的组成、作战流程,研究了集群反水雷搜索控制技术、任务分配技术、自主协作导航技术等主要关键技术途径,进行了系统集成方案仿真验证,验证了所提出的方法的有效性.研究结果可为系统构建UUV集群反水雷系统提供技术基础.

摘要： 本发明涉及一种用于水下无人航行器安全航行的引导显示系统，该系统不仅包含了水下无人航行器的航行状态信息，而且包括了安全航道和悬停点位置信息，这样能够全方位的辅助水上地面控制站或舰船的操作人员感知航行器所处态势，进而完成安全的航行与悬停操作。此外，此方法采用符号化的表达方式，使得地面站的显示界面更加清晰、简洁，显示内容更加直观、形象，人机界面友好。通过简单变形，本发明可用于水下无人航行器安全航行应用。

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 本发明旨在提供一种水下航行器的船体，所述的船体为下口鲇仿生结构，所述的船体为由两端端点重合的三条弧线组成的三面体结构，船头和船尾分别位于两端，并且，船体的各个宽度方向的纵截面均为等腰三角形。本发明还提供一种水下航行器及其动态定位悬浮方法。本发明水下航行器采用改进的下口鲇仿生结构，能够通过自身船体结构及洋流推力实现贴紧海底平台的稳定定位悬浮，能够提高准确性，减少时间和能耗，同时也不受洋流强度的限制，更节能环保，提高船体的续航能力；能够广泛应用于海底管道和电缆的检查，被困在其他水下航行器或潜艇中的人员的救援以及水下焊接等领域。

摘要： 本发明涉及一种用于水下无人航行器安全航行的引导显示系统，该系统不仅包含了水下无人航行器的航行状态信息，而且包括了安全航道和悬停点位置信息，这样能够全方位的辅助水上地面控制站或舰船的操作人员感知航行器所处态势，进而完成安全的航行与悬停操作。此外，此方法采用符号化的表达方式，使得地面站的显示界面更加清晰、简洁，显示内容更加直观、形象，人机界面友好。通过简单变形，本发明可用于水下无人航行器安全航行应用。

摘要： 本发明提供一种水下无人航行器的水下布放回收装置和方法。针对现有AUV布放回收装置和方法在布放回收过程中存在安全性差、隐蔽性低等问题提出的，包括:AUV控制台、双层滑道、AUV布放回收舱、光学导引装置、声学导引装置、注排水装置等。本发明提供的水下布放回收装置和方法具有以下优点：1、在高海情情况下，布放回收舱可以沿着预设的滑道方向平稳的移动，可以避免AUV在布放回收过程中与其它航行设备发生碰撞，有效保障了航行安全；2、布放回收装置安装在AUV母船坞舱内，使得AUV的布放回收过程更加隐蔽；3、AUV布放回收舱下放深度可控，有效减少高海情对AUV布放回收的影响。

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 可搭载和回收无人机的自主水下航行器及无人机回收方法，水下航行器(搭载无人机)到达指定区域，实现无人机定点投放，无人机探测完毕后，水下航行器进行定点回收，由此实现水下自主潜行和水面上自主收放无人机的功能。水下航行器可继续接收指令，执行下一个探测任务。这样实现了多范围探测、多域探测，以便全面、高效地执行探测任务。在水下航行器回收舱内部设有无线充电区域，保证无人机有足够的续航能力，从而能够在一定时间内完成多次任务。本发明可以实现单点投放、多点测量，扩大了两栖无人机的应用范围，同时可满足多个领域的需要，提高了任务执行率。

摘要： 本发明公开了一种无人船在水面主动捕获水下无人航行器的装置及方法，包括双体船型且船身中部设置有开口舱的水面无人船、用于捕获水下无人航行器的回收笼和集成在所述水面无人船船载计算机内的主动捕获控制系统；所述水面无人船的中部开口舱用于放置回收笼的，所述回收笼通过安装在船舱中的液压伸缩杆与水面无人船连接，所述液压伸缩杆与主动捕获控制系统相连接，并由所述主动捕获控制系统控制将回收笼放入水中或收入船舱内，且实现回收笼高度的精确调整。本发明的有益效果为：提供一种通过无人船及其回收装置及方法，无需水下无人航行器的配合即可进行强行回收，能够实现对未知来源、不可控的水下无人航行器的主动捕获，具有重要的军事应用价值。

摘要： 本实用新型属于水下航行器相关技术领域，其公开了一种高速水下无人航行器的应急装置，其包括水下应急组件，所述水下应急组件设置在水下航行器的透水舱壳体上，其包括水下应急控制组件、助浮气囊执行机构驱动组件及设置在所述透水舱壳体内的助浮气囊执行机构，所述助浮气囊执行机构驱动组件电性连接所述水下应急控制组件及所述助浮气囊执行机构；所述助浮气囊执行机构驱动组件采用电信号与水压信号的冗余驱动方式来驱动所述助浮气囊执行机构动作。本实用新型还涉及具有上述应急装置的水下无人航行器。上述应急装置采用采用电信号与水压信号的冗余驱动方式，解决了失电状态下通过电信号驱动无法进行应急动作的问题，提高了稳定性。

摘要： 本实用新型公开了一种无人无缆小型水下航行器的超深航行抛载机构，解决了现有抛载机构存在的可靠性低和控制系统复杂的问题。在抛载物吊接凹槽（2）内固定吊接有活塞缸体（3），活塞体（4）将活塞缸体（3）的内腔分隔成密闭区（6）和进水区（8），在密闭区（6）内设置有缓冲弹簧（7），在进水区的活塞缸体侧壁上设置有进水口（9），在活塞缸体（3）的下底面中央处固定设置有活塞杆向下穿出筒（10），在活塞杆向下穿出筒的筒壁上设置有限位钢珠嵌入孔（12），在活塞杆向下穿出筒上套接有抛载重物吊接套筒（13），在限位钢珠嵌入孔（12）与限位凹槽（14）之间，卡接有限位钢珠（15）。结构简单，便于安装、拆卸。