空海跨域通信研究现状与发展趋势 被引量：1

1

作者 商志刚 张红玉 +5 位作者 刘凇佐 乔钢 于涵 苗柏露 马璐 王哲 《水下无人系统学报》 2024年第4期592-610,共19页

伴随着人们对空中与海洋之间实时通信和数据传输需求的日益增长,研究稳健可靠的空海跨域通信技术非常重要。但是,由于空气与海水2种介质的不同特性以及恶劣环境的影响,使得空海跨域通信信道复杂多变,平稳地穿过空-水界面面临重大困难。... 伴随着人们对空中与海洋之间实时通信和数据传输需求的日益增长,研究稳健可靠的空海跨域通信技术非常重要。但是,由于空气与海水2种介质的不同特性以及恶劣环境的影响,使得空海跨域通信信道复杂多变,平稳地穿过空-水界面面临重大困难。为了更好地了解空海跨域通信技术发展脉络,文中对目前空海跨域通信研究进行了梳理与总结,全面阐述了其工作环境及通信技术发展情况,并将其分为空海跨域链路级直接通信和空海跨域中继通信两大类,而后分别从研究现状、面临困难、拟解决方法等方面对其进行详细总结及分析。最后,讨论了未来研究方向。文中所做研究可为带动空海跨域通信技术的发展提供助力。 展开更多

关键词 空海跨域通信 链路级直接通信 中继通信

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基于PINN的二维剪切流圆柱绕流场重构

2

作者 苑光耀 王俊淞 +1 位作者 赵玄烈 耿敬 《力学学报》 北大核心 2025年第2期436-452,共17页

随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文... 随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文章探究了基于PINN的低雷诺数条件下剪切流圆柱绕流场重构方法.基于开源CFD软件OpenFOAM生成的数值模拟数据构建训练集,构建引入剪切流边界条件的圆柱绕流PINN模型,利用流场采样点的速度和压强信息对PINN模型进行训练,以预测不同区域内的流速和压强分布.通过将PINN预测结果与数值模拟数据进行对比,评估了PINN在重构复杂流场中的表现.同时,研究了神经网络层数、网络节点数和监测点位置等参数变化对预测结果的影响,分析了参数调整对流场预测精度的优化作用.研究结果表明,PINN不仅能有效重构剪切流绕流场的流速和压强分布,其预测精度也与数值模拟结果较为吻合,验证了PINN在剪切流圆柱绕流场重构中的实用性和准确性.对比分析表明,监测点位置对预测结果的影响较为显著,合理选取监测点位置可使PINN预测精度提升1~2个数量级. 展开更多

关键词 物理信息神经网络 NAVIER-STOKES方程 剪切流场重构 圆柱绕流

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卫星互联网支撑跨域无人集群作战 被引量：2

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作者 李沫 郭栋 +4 位作者 周东红 董冠涛 李东禹 储红兵 商志刚 《水下无人系统学报》 2024年第2期208-214,共7页

跨域无人集群作为一种颠覆性的未来全新作战模式,其作战效能的发挥极大地受限于通信组网能力。近年来,卫星互联网凭借其广覆盖、低延时、高宽带及低成本等技术优势,在全球快速发展,是进一步发展跨域无人集群作战模式的关键。文中针对未... 跨域无人集群作为一种颠覆性的未来全新作战模式,其作战效能的发挥极大地受限于通信组网能力。近年来,卫星互联网凭借其广覆盖、低延时、高宽带及低成本等技术优势,在全球快速发展,是进一步发展跨域无人集群作战模式的关键。文中针对未来水下无人系统的发展趋势和现实需求,介绍了卫星互联网的发展、技术优势以及跨域无人集群的作战概念,深入分析了卫星互联网支撑跨域无人集群作战的优势,提出了结合卫星互联网技术与空域、海面、水下作战域无人集群相结合的空海跨域无人集群作战网络,并综合分析给出了技术架构,可为未来跨域无人集群作战研究提供参考。 展开更多

关键词 卫星互联网 跨域 无人集群

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月球探测器鲁棒环形山检测及光学导航方法

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作者 吴鹏 穆荣军 +1 位作者 邓雁鹏 崔乃刚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期238-246,共9页

针对月球探测器环形山检测方法受光照影响、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于极大熵阈值三值化的鲁棒环形山检测算法。采用不同滤波核对图像进行去噪平滑,然后对处理后的图像进行极大熵阈值分割、将图像信息三值化,去除图像对光源的敏感... 针对月球探测器环形山检测方法受光照影响、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于极大熵阈值三值化的鲁棒环形山检测算法。采用不同滤波核对图像进行去噪平滑,然后对处理后的图像进行极大熵阈值分割、将图像信息三值化,去除图像对光源的敏感性,同时最大程度保留图像信息;提出一种归一化多指标约束环形山匹配和拟合方法完成环形山提取,将环形山提取算法应用于光学导航中进行打靶实验验证算法实时性表现。仿真结果表明:与传统基于形态学或自适应边缘检测的方法相比,本文方法在较大尺度条件下提取出连续、光滑的环形山边缘,有效环形山数量提升35%以上,同时实时性更好、计算消耗降低40%;基于鲁棒环形山提取的光学导航算法实时性更好。 展开更多

关键词 环形山检测 极大熵阈值 月球探测 光学导航 障碍感知与规避 图像分割 月球探测器 信息熵

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变输出无模型自适应无人艇艏向控制方法分析 被引量：2

5

作者 廖煜雷 陈聪聪 +2 位作者 杜廷朋 王博 李晔 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期75-83,共9页

[目的]针对无人艇(USV)艏向控制存在模型摄动、外部干扰等不确定性问题,提出一种适用于USV的改进无模型自适应控制(MFAC)方法。[方法]基于USV艏向控制子系统存在非自衡特性,直接使用紧格式MFAC方法讨论USV的艏向控制子系统在不确定影响... [目的]针对无人艇(USV)艏向控制存在模型摄动、外部干扰等不确定性问题,提出一种适用于USV的改进无模型自适应控制(MFAC)方法。[方法]基于USV艏向控制子系统存在非自衡特性,直接使用紧格式MFAC方法讨论USV的艏向控制子系统在不确定影响下的控制问题。在标准控制准则中引入历史输入项,提出一种变输出紧格式MFAC方法,削弱USV艏向控制子系统中存在的积分作用。最后,开展艏向控制仿真实验以及“海豚IB”小型USV的外场试验验证所提方法的有效性。[结果]结果显示,相比标准紧格式MFAC方法和PID方法,变输出紧格式MFAC方法的USV艏向控制更加稳定。[结论]所做研究可为USV提供一种对环境扰动、模型摄动等影响不敏感、具有较好自适应性及鲁棒性的艏向控制算法。 展开更多

关键词 无人艇 无模型自适应控制 艏向控制 非自衡特性 变输出

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基于气泡统一方程的声场双气泡耦合作用研究 被引量：1

6

作者 谈乃正 詹立蕾 +2 位作者 李世民 李帅 张阿漫 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期213-222,共10页

针对声致空化现象中双气泡相互作用力展开了研究。本文基于气泡动力学的基本理论,将气泡统一方程应用到声场中双气泡的耦合作用研究中,建立了可用于计算声场中多气泡耦合的理论模型,并以此研究了不同类型的声场中双气泡次Bjerknes力的... 针对声致空化现象中双气泡相互作用力展开了研究。本文基于气泡动力学的基本理论,将气泡统一方程应用到声场中双气泡的耦合作用研究中,建立了可用于计算声场中多气泡耦合的理论模型,并以此研究了不同类型的声场中双气泡次Bjerknes力的变化趋势。研究结果表明:在声压幅值较小的行进波声场中,对于非线性脉动的双气泡,其相互作用现象不仅与声场参数相关,还会受到双气泡初始体积比的影响。若固定其中一个气泡的初始体积,同时改变另一个气泡的初始体积,则双气泡间第1周期内的次Bjerknes力会在初始体积相等时达到第1个极值,随后呈现周期性的起伏,并在总体上呈增大趋势;而双气泡相互作用在声压幅值较大的行进波声场中会随初始半径比的增大持续增强,且周期性的起伏现象并不明显。在驻波声场中靠近波节的位置也能观测到这一现象。此外,本文还探究了非线性振动的双气泡在具有相同频率、不同声压幅值的组合波声场中的耦合效应。本文的研究可为声场中双气泡相互耦合作用以及气泡群动力学相关应用提供理论基础。 展开更多

关键词 声致空化 双气泡耦合 气泡统一方程 次Bjerknes力 气泡初始体积比 行进波 驻波声场 反射波耗散

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基于零空间行为融合的多智能体编队控制综述

7

作者 葛宇 廖煜雷 +4 位作者 王博 李晔 史长亭 刘海波 贾琪 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1442-1450,共9页

针对单智能体在民用和军用领域无法完成现实场景下复杂任务的问题,本文综述了零空间行为融合算法。阐述零空间行为融合算法的设计思想与数学模型,介绍零空间行为融合算法的文献计量分析。综述了零空间算法的研究进展,包括编队速度饱和... 针对单智能体在民用和军用领域无法完成现实场景下复杂任务的问题,本文综述了零空间行为融合算法。阐述零空间行为融合算法的设计思想与数学模型,介绍零空间行为融合算法的文献计量分析。综述了零空间算法的研究进展,包括编队速度饱和、行为转换不连续、行为优先级分配和多种算法结合方面的改进工作,并分析当前研究存在的问题。研究表明:零空间行为融合算法在多智能体编队控制领域,提高算法的自适应性、考虑动力学特性、异构编队和行为函数优化是该算法未来的发展方向。 展开更多

关键词 零空间行为 编队控制 多智能体 逆运动学 基于行为 速度饱和 行为转换 行为优先级优化

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基于排序码本的水声自适应OFDM通信中信道状态信息反馈研究

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作者 刘凇佐 韩雪 +2 位作者 马璐 徐金颉 杨洋 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2095-2103,共9页

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信... 水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信息分组排序拟合反馈算法(CSI-GSFF),包括分组、排序、数据拟合3个步骤。该算法首先将相邻导频子载波分组,以组为反馈单元;然后对各组内的导频子载波按照信道增益值进行排序,以减轻水声信道频响快衰落造成的反馈开销大等不利影响;最后进行多项式拟合,排序操作有效地降低了拟合阶数。通过实测海试时变信道数据仿真,结果表明,该文提出的信道状态信息反馈算法能够基本达到完美信道状态信息情形下的水声自适应OFDM通信系统误码率性能,同时可以有效地减少反馈开销。 展开更多

关键词 水声通信 正交频分复用 自适应调制 信道状态信息 有限反馈

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小型化相控参量阵声呐发射系统设计与实现

9

作者 孟新宝 周天 +2 位作者 朱建军 李静 孙世博 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1265-1271,共7页

针对相控参量阵声呐发射系统体积和质量大,难以搭载于水下小平台使用的问题,重点研究相控参量阵声呐发射系统的小型化、高集成度设计技术,设计并实现一种小型相控参量阵声呐发射系统。首先,基于发明问题解决理论中的剪裁思想,简化设计D... 针对相控参量阵声呐发射系统体积和质量大,难以搭载于水下小平台使用的问题,重点研究相控参量阵声呐发射系统的小型化、高集成度设计技术,设计并实现一种小型相控参量阵声呐发射系统。首先,基于发明问题解决理论中的剪裁思想,简化设计D类发射机功率放大电路的结构,减小多通道发射系统的体积。其次,联合磁芯几何常数法和脉冲变压器设计技术设计微型变压器,减小变压器体积的同时提升系统功率密度。与传统设计方法相比,系统电路整体体积缩小了24.6%,功率密度提升了27.3%。实测相控角度误差不超过0.3◦,参量阵原频声源级可达236.7 dB,差频声源级可达200.5 dB,以小型化发射系统实现了相控参量阵的精准相控发射和高原频声源级输出。 展开更多

关键词 相控参量阵 声呐发射机 微型变压器 小型化 D类功放

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粒子群优化的门控循环单元网络漂流浮标轨迹预测

10

作者 刘凇佐 王虔 +2 位作者 李磊 李慧 余赟 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3295-3304,共10页

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性... 该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性的基于数据驱动的轨迹预测模型。该模型将粒子群优化算法(PSO)与门控循环单元(GRU)结合,使用PSO算法对GRU神经网络的超参数进行初始化,经过多次迁移迭代训练后获得最优漂流浮标轨迹预测模型。最后使用多个北大西洋真实漂流浮标轨迹数据进行验证,结果表明PSOGRU算法能够实现准确的漂流浮标轨迹预测。 展开更多

关键词 漂流浮标 轨迹预测 粒子群优化 门控循环单元

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水下机器人移动式对接的全局路径规划方法

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作者 朱子健 姜言清 +5 位作者 李柯垚 孙伟杰 李舒畅 许健鑫 张文君 武皓微 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1873-1879,共7页

针对无人自主式水下机器人与母艇动态对接时面临的自主式水下机器人欠驱动操纵特性对全局路径的多几何约束要求,以及母艇运动带来的交会点动态变化导致路径的终端约束动态变化等难题,本文提出了一种自主式水下机器人的自主对接路径规划... 针对无人自主式水下机器人与母艇动态对接时面临的自主式水下机器人欠驱动操纵特性对全局路径的多几何约束要求,以及母艇运动带来的交会点动态变化导致路径的终端约束动态变化等难题,本文提出了一种自主式水下机器人的自主对接路径规划方法。该方法主要分为约束求解、运动规划和状态估计3部分。利用自主式水下机器人的动力学模型分析了在对接过程中的运动约束与终端约束;在运动约束和终端约束条件的前提下,基于势场法的思想分别设计了位置约束和姿态约束下的全局路径规划算法,同时提出母艇的位置、速度和姿态估计方法,并依此开展基于全局预测的路径规划方法的仿真。仿真结果表明:本文方法运算速度快、对母艇的状态具有很好的鲁棒性,并且满足运动约束和终端约束,可以在试验模拟真实自主式水下机器人归航时得到一条满足约束条件的光滑路径的路径规划算法。 展开更多

关键词 欠驱动自主式水下机器人 移动式对接 回收 全局预测 路径规划 状态约束 状态估计 人工势场法

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基于最优通信链路选择的跨域通信浮标系统

12

作者 邢铭涵 商志刚 +5 位作者 乔钢 周锋 聂东虎 张通 李天水 谢佳轩 《水下无人系统学报》 2024年第4期650-658,共9页

现有海洋浮标通信方式单一、可靠性低、丢包率高且实时性差,无法满足海洋数据大量采集与跨域通信的需求。为了进一步加强海洋全域互联互通建设,以多源通信为核心,文中设计并制作了一种跨域通信浮标系统,该系统可完成多种通信方式的切换... 现有海洋浮标通信方式单一、可靠性低、丢包率高且实时性差,无法满足海洋数据大量采集与跨域通信的需求。为了进一步加强海洋全域互联互通建设,以多源通信为核心,文中设计并制作了一种跨域通信浮标系统,该系统可完成多种通信方式的切换、多源信息采集与多链路实时跨域通信。针对该系统设计了一种最优通信链路选择算法,根据各通信模块实时信号质量进行最优通信链路的选择,以提高通信的可靠性,同时关闭信号质量较差的通信模块,减少同时使用多种通信手段可能出现的系统通信大量冗余与功耗增加的问题。试验结果表明,该系统实现了水上与水下数据的跨域传输,多源通信设计切实可行,各通信链路稳定可靠,综合通信成功率达99%以上,为海洋全域观测网和通信网的建设提供了参考。 展开更多

关键词 海洋浮标 多源通信 跨域通信 最优通信链路

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基于在线海流数据的自然能驱动无人艇能源最优路径规划 被引量：2

13

作者 李可 廖煜雷 +3 位作者 刘骁锋 贾琪 李相杰 翟子正 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期441-449,共9页

为了有效地利用在线监测到的海流和风数据,减少能源消耗以提高自然能驱动无人艇的续航力,以“驭浪者”号自然能驱动无人艇为研究对象,提出一种基于在线海流数据的能源最优路径规划方法。通过“驭浪者”号实船试验得到的最小回转半径对... 为了有效地利用在线监测到的海流和风数据,减少能源消耗以提高自然能驱动无人艇的续航力,以“驭浪者”号自然能驱动无人艇为研究对象,提出一种基于在线海流数据的能源最优路径规划方法。通过“驭浪者”号实船试验得到的最小回转半径对粒子群算法进行改进,设计距离最优的路径规划算法。考虑到海流和风对“驭浪者”号能源消耗的影响,建立海流和风影响下能源消耗模型;在静态海流环境中,以能源最优为目标对粒子群算法进行改进,探索能源最优的路径规划算法。根据“驭浪者”号在线监测到的海流和风信息,得到随时间-空间变化的动态海流数据,对能源最优的路径规划算法进行优化,提出基于在线监测海流数据的能源最优路径规划算法。通过仿真试验,对比距离最优的路径规划算法和基于在线监测海流数据的能源最优路径规划算法在相同工况下能源消耗情况,验证所提出算法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 自然能驱动无人艇 在线海流数据 环境建模 能源最优 路径规划 粒子群算法

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考虑集配优化的高技术远洋客船建造物资分类方法研究

14

作者 周磊 郑贤勇 徐靖 《中国储运》 2024年第6期49-50,共2页

为解决高技术远洋客船建造物资管理、配送效率低的问题,本文对物资管理模式展开了研究。首先,为了明确管理对象,对物资属性、物资分类等物资管理特性进行研究。之后,从集配角度出发,对船厂现有物资分类方法进行优化,力争提高建造物资管... 为解决高技术远洋客船建造物资管理、配送效率低的问题,本文对物资管理模式展开了研究。首先,为了明确管理对象,对物资属性、物资分类等物资管理特性进行研究。之后,从集配角度出发,对船厂现有物资分类方法进行优化,力争提高建造物资管理效率以及物流配送效率。船舶工业是国家经济命脉的支柱产业,我国在完工量、订单量、获得订单量等多方面已多年保持世界领先地位。但受到产能过剩、国内钢板价格和人工成本上涨等因素的影响,我国船企面临的挑战正在不断增加。 展开更多

关键词 物资分类 国家经济命脉 船舶工业 支柱产业 产能过剩 订单量 管理特性 配送效率

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基于水下目标抓取的UVMS抗扰控制方法研究

15

作者 魏延辉 赵康康 谢吉顺 《中北大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第2期132-145,共14页

水下机器人-机械臂系统(UVMS)在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰... 水下机器人-机械臂系统(UVMS)在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到UVMS的误差动力学模型,再基于此模型设计水下机器人(AUV)抗扰控制器。通过牛顿-欧拉方程估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿。采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性,并利用自适应控制来补偿神经网络估计误差、非结构性不确定性误差和机械臂耦合干扰的补偿误差。通过机械臂静止和定点作业两组工况下的仿真实验发现,运动控制任务符合设定预期时间和跟踪精度,同时也验证了分离式UVMS运动控制方案在水下定点作业任务中的可行性和有效性。本文方法具有很强的鲁棒性,且能够通过此抗扰控制方法来抑制这些不确定性干扰的影响。 展开更多

关键词 UVMS 抗扰控制器 水下定点作业 误差动力学方程

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高技术远洋客船第四方物流供应商管理模式分析

16

作者 沙兆赫 郑贤勇 +1 位作者 徐靖 王洋 《中国储运》 2024年第7期98-99,共2页

本文以我国高技术远洋客船建造物流发展为切入点,研究第四方物流供应商管理模式的应用。结合国内高技术远洋客船物流现状及发展趋势,对比分析第四方物流管理模式的应用前景,给出第四方物流供应链协同管理模式的实现方法,降低物流运作成... 本文以我国高技术远洋客船建造物流发展为切入点,研究第四方物流供应商管理模式的应用。结合国内高技术远洋客船物流现状及发展趋势,对比分析第四方物流管理模式的应用前景,给出第四方物流供应链协同管理模式的实现方法,降低物流运作成本,推动我国高技术远洋客船建造物流发展,实现物流运作效率最大化。 展开更多

关键词 第四方物流 物流发展 效率最大化 物流运作 高技术 供应链协同管理 管理模式 客船

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智能水下机器人自主回收的双目视觉定位 被引量：7

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作者 徐硕 姜言清 +5 位作者 李晔 刘善昌 丁硕硕 马东 齐昊东 张文君 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1084-1090,共7页

针对智能水下机器人与水下基站近距离对接时,传统的光视觉引导方法精度和鲁棒性难以满足要求的问题,本文提出了一种双目视觉引导方法。该方法主要分为光源提取、光源匹配和立体测距3部分。利用图像自适应二值化算法和伪光源剔除算法,得... 针对智能水下机器人与水下基站近距离对接时,传统的光视觉引导方法精度和鲁棒性难以满足要求的问题,本文提出了一种双目视觉引导方法。该方法主要分为光源提取、光源匹配和立体测距3部分。利用图像自适应二值化算法和伪光源剔除算法,得到左右图像的光源标识中心的像素坐标;在光源匹配部分,对光源进行特征提取和匹配,完成左右图像中的光源准确配对;最后对光源阵列进行立体测距,得到相机坐标系下基站的三维位置。实验结果表明:该方法对伪光源具有很好的鲁棒性,并且所得出的基站相对位置和角度均达到了很高的精度。 展开更多

关键词 水下机器人 回收 水下对接 双目视觉 定位 引导 匹配 水下基站

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