水下航行器网络控制系统仿真

传统控制系统的设计方法中忽略了通信网络中的时延和数据包丢失等问题,仅通过传统方法设计的控制器来降低其对控制系统产生的不利影响,严重影响了系统的稳定性。对于水下航行器等对系统性能要求较高的水下控制平台,突破传统使其在网络环境下能够稳定运行显得尤为重要。在此背景下,提出了网络控制系统的设计方案,以水下航行器为控制平台,进行系统建模,设计反馈控制器,使用MATLAB仿真工具TrueTime,研究分析了网络体系结构下时延和丢包对传统控制系统动静态性能的影响。仿真结果表明该设计方法优化了系统性能,为系统在发生网络诱导时延和数据包丢失时能够稳定运行,提供了可靠的参考依据。该设计结果具有普适性,也可以用于导弹、坦克等航行器。     

无人水下航行器推进器故障定位研究

无人水下航行器(UUV)在复杂多变的海洋环境中作业时,推进器的故障可阻挠使命的执行,严重时还可能造成UUV的丢失与损毁。为增强UUV的安全保障能力,针对UUV多台推进器的故障定位问题,采用基于几何相关性分析的方法,设计了UUV同一平面多推进器的故障定位算法,并提出了故障定位约束条件,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。     

水下自航行器外形及水动力性能优化

研究水下自航行器(AUV) 外形及水动力性能优化的问题,为使得AUV具有较小航行阻力的同时拥有较大承载能力,需要不断进行AUV模型重建以及水动力结果分析,人工完成将会耗时很长,Isight?多学科优化设计平台搭载常用的优化算法—NSGA-II遗传算法,整合Solidworks?、Gambit?、Fluent?三大集成模块实现数据交换以进行AUV外形的建模、仿真并完成设计过程的自动化和智能的设计探索,确定最佳设计参数。仿真结果表明,最终优化后的AUV不仅减小了航行阻力并且拥有更大的承载能力。因此采用多学科优化软件Isight?能够有效提高AUV外形及水动力性能优化的准确性和效率,提升其整体水动力性能。     

基于涡流脉冲相位热成像的金属材料裂纹检测

涡流热成像可以对金属材料表面、近表面缺陷进行快速准确的检测。采用涡流热成像与脉冲相位分析相结合的方法,针对裂纹附近相位谱的分布规律及温度场对相位谱的影响关系问题,分别对带有上表面裂纹和下表面裂纹的45#钢料进行感应加热仿真和实验分析。结果表明,相位谱分布与温度大小无关,只与温度变化趋势有关,相位谱图对不均匀加热有很好的抑制作用,可以扩大裂纹的检测范围,当频率低于12.5 Hz时能够清晰地识别裂纹。结合实验验证了仿真结论的正确性,为下一步利用相位信息实现缺陷的定量检测提供参考。     

多核DSP在无人平台探测声纳中的应用研究

在信息技术日益成熟的今天,无人平台在军事和民用领域都扮演着越来越重要的角色。水下无人航行器探测已经成为水声领域重要前沿研究方向,高速运算处理能力更是整个系统的核心。本文以多核DSP作为处理核心,提出了一个水下无人平台探测声呐架构。首先对多核DSP性能做了基本介绍,并以几种基本运算和经典波束形成算法作为例子进行了说明,通过性能测试证明了这一架构适用于水下无人平台的实时信号处理。这一多核DSP架构的设计和应用在水声领域中具有一定实用价值。     

液晶相位可变延迟器在极化电子碰撞实验中的应用

液晶相位可变延迟器（liquid crystal variable retarders, LCVR）的快慢轴之间的相位差随两端所加的电压连续可调,通过调节电压可以实现对入射光偏振度、偏振方向的操控.文中第2,3部分介绍了LVCR在特定波长不同延迟相位的标定方法及标定结果,第4,5部分介绍了利用LVCR测量Stokes参数的原理及方法.     

绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用

提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。     

深海脉冲信号簇到达结构特征及其在水下声源定位中的应用

为了实现对深海水下声源的定位,对典型深海环境中的脉冲信号到达结构特征进行了理论分析,给出了声源和接收位置位于近海面时到达信号的簇信号形式近似表达式。当声源和接收位置处于近海面深度时,接收到的信号呈簇状结构形式。在提取到达信号中各簇信号到达时间、幅值等特征参数的基础上,提出了一种通过对到达信号中簇信号特征参数匹配搜索进行水下脉冲信号定位的方法,仿真分析了不同距离和不同深度处的簇信号特征,并利用一次南海海域爆炸声源的声传播实验数据进行了实验验证。结果表明:各簇信号对应的到达时间、幅值等特征参数可用于对声源位置的匹配定位;海上实验中利用单水听器得到的水下声源的距离估计结果与实测距离结果较为一致,对实验中2.0 km至90.4 km内声源的距离估计误差不大于8%。     

相位检测面形术在大尺度三维面形测量中的应用

将相位检测面形术（ＰＭＰ）用于大尺度、高精度三维面形测量中。采用文中提出的双向高度坐标校正法,可以得到精确的物面三维坐标。提出了一种新的基于洪水算法的图像拼接法,采用此方法可以按最佳的途径将各子区域的高度分布合成整个物面的高度分布。     

高斯回波模型在超声回波模拟中的应用及其迭代算法的讨论

本文将超声回波模拟成被高斯白噪声污染的高斯回波，并建立关于一系列估计参数的非线性模型，如回波的频带宽度，到达时间，中心频率，相位及回波幅度。这些参数对于超声无损检测中材料检测、目标探测、目标分类、及速率测量等密切相关。运用高斯-牛顿算法进行迭代计算，该算法能以较少的迭代次数计算出较为精确的参数向量，但该算法对到达时间T的初值设置较为敏感。