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水下机械手主从遥操作双边控制策略 被引量:5
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作者 刘卫东 张建军 +1 位作者 高立娥 程瑞锋 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期53-59,共7页
水下机械手在操作过程中存在抓取对象未知、临场性差的问题,深水环境下较低的能见度限制了机械手的作业。针对此问题提出了带力觉感知的主从式遥操作双边控制系统。主手采用模糊自适应阻抗控制方法,从手采用积分滑模变结构控制方法。通... 水下机械手在操作过程中存在抓取对象未知、临场性差的问题,深水环境下较低的能见度限制了机械手的作业。针对此问题提出了带力觉感知的主从式遥操作双边控制系统。主手采用模糊自适应阻抗控制方法,从手采用积分滑模变结构控制方法。通过Liewellyn绝对稳定性准则分析了整体系统的稳定性。搭建了单自由度双边遥操作系统平台,在Matlab Simulink下进行了相关仿真。仿真表明:主手控制提高了透明性以及系统鲁棒性;从手控制克服了外界干扰及消除了滑模控制的抖振问题,从手具有很好的力/位移跟踪主手的能力;整体系统具有很好的稳定性和可行性。 展开更多
关键词 遥操作控制 滑模控制 模糊规则 数学模型 MATLAB 位置跟踪 稳定性
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潜艇与智能无人水下航行器协同系统控制体系及决策研究 被引量:20
2
作者 王圣洁 康凤举 韩翃 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期335-344,共10页
无人作战是未来战争发展的必然趋势,然而,当下无人水下航行器(UUV)的智能水平有限,造成UUV编队在水下网络中心战(UWNCW)中的应用具有局限性。针对以上问题,将人的智能引入智能UUV编队,形成一种潜艇与智能UUV结合的协同系统,分析了系统... 无人作战是未来战争发展的必然趋势,然而,当下无人水下航行器(UUV)的智能水平有限,造成UUV编队在水下网络中心战(UWNCW)中的应用具有局限性。针对以上问题,将人的智能引入智能UUV编队,形成一种潜艇与智能UUV结合的协同系统,分析了系统的优点及复杂性,并对系统的控制体系结构及决策问题等关键技术进行了研究。对系统在突发威胁情况下的航迹规划过程进行了仿真,仿真结果表明潜艇与智能UUV协同系统能够有效地实现避障并能躲避突发威胁,提升了整个系统的应急能力。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 潜艇 智能无人水下航行器 协同 决策
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水下机械手不确定遥操作自适应双边控制 被引量:3
3
作者 张建军 刘卫东 +2 位作者 高立娥 李乐 李泽宇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1918-1925,共8页
针对水下机械手遥操作过程中数学模型及外部干扰引起不确定问题提出了自适应双边控制策略。对主机械手模型参数与外部干扰引起的不确定,设计了基于名义模型的参考自适应阻抗控制律,根据主手力与从手力误差来调节期望模型的参考位置,利... 针对水下机械手遥操作过程中数学模型及外部干扰引起不确定问题提出了自适应双边控制策略。对主机械手模型参数与外部干扰引起的不确定,设计了基于名义模型的参考自适应阻抗控制律,根据主手力与从手力误差来调节期望模型的参考位置,利用自适应控制律补偿模型不确定性。针对从机械手的不确定性采用径向基函数(RBF)神经网络进行自适应补偿,通过设计滑模变结构控制器与鲁棒自适应控制器消除逼近误差,满足了从机械手对主机械手位置跟踪。设计了李雅普诺夫函数证明跟踪性能与全局稳定性,保证力-位置跟踪的渐进收敛性能。结果表明:整体控制在模型不确定及外部干扰条件下具有很好的力-位置跟踪能力,整体系统具有稳定性和可靠性,并且具有鲁棒性及自适应控制能力。 展开更多
关键词 遥操作 阻抗控制 神经滑模控制 力-位置跟踪 鲁棒性 自适应
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基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制 被引量:6
4
作者 葛晖 敬忠良 高剑 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期184-189,共6页
基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器(AUV)的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想... 基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器(AUV)的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性. 展开更多
关键词 全驱动 自主式水下航行器 轨迹跟踪控制 轨迹线性化控制 LYAPUNOV稳定性
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水下航行体自导水声成像方法的仿真与实验研究(英文) 被引量:1
5
作者 杨宝民 李伟 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1200-1204,1243,共6页
随着现代海战水下作战环境变得越来越复杂,对水下航行体自导系统的目标识别能力提出了更高的要求,它要求水下航行体自导系统不但能判断真假目标,并能实现对目标的精确定位和有效打击。通过提取水下航行体目标的本质特征,构建目标的水声... 随着现代海战水下作战环境变得越来越复杂,对水下航行体自导系统的目标识别能力提出了更高的要求,它要求水下航行体自导系统不但能判断真假目标,并能实现对目标的精确定位和有效打击。通过提取水下航行体目标的本质特征,构建目标的水声图像,达到目标识别和精确制导的目的。介绍了水下航行体自导系统目标成像及处理仿真系统的组成及实现方法,采用正交解调、复数字波束形成、水声图像生成、图像内插等处理等技术,构建水下航行体目标图像。仿真及实验结果表明,采用该方法可以形成水下航行体目标的水声图像,通过该图像可以为水下航行体在复杂作战环境下识别目标关键部位并对目标实现精确打击奠定技术基础。 展开更多
关键词 水下航行体 声成像 目标识别 图像内插 复数字波束形成
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基于自适应全局滑模的水下拦截器导引控制一体化设计 被引量:1
6
作者 杨惠珍 王迪 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期502-508,共7页
水下拦截器的目标具有体积小,速度快,机动性强等特点,从而要求水下拦截器制导系统具有快速且稳定的反应能力。针对该设计需求,提出了水下拦截器导引与控制一体化设计方法。建立了水下拦截器侧向通道的导引与控制一体化数学模型,针对目... 水下拦截器的目标具有体积小,速度快,机动性强等特点,从而要求水下拦截器制导系统具有快速且稳定的反应能力。针对该设计需求,提出了水下拦截器导引与控制一体化设计方法。建立了水下拦截器侧向通道的导引与控制一体化数学模型,针对目标机动造成一体化系统出现的不确定性问题,设计了自适应全局滑模一体化控制律,基于Lyapunov稳定性定理证明了系统的渐进稳定性,并采用高增益的连续化方法改进了算法,抑制了系统的抖振。该控制律优点在于对不确定信息进行估计和补偿,提高了系统的鲁棒性和快速性。仿真结果表明所提出的自适应全局滑模导引控制一体化方法具有有效性。 展开更多
关键词 导引与控制一体化 自适应调节律 全局滑模控制
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水下航行器小通道内蒸汽换热实验研究
7
作者 白超 韩勇军 +3 位作者 伊寅 史小锋 郭兆元 封启玺 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第3期50-54,共5页
为研究水下航行器小通道内的蒸汽换热特性,对采用矩形通道设计的冷凝通道进行实验研究,分析不同蒸汽入口温度对通道换热特性的影响。实验结果表明:矩形小通道具有较好的冷凝换热效果,通道总平均换热量、热流密度以及通道出口冷凝液温度... 为研究水下航行器小通道内的蒸汽换热特性,对采用矩形通道设计的冷凝通道进行实验研究,分析不同蒸汽入口温度对通道换热特性的影响。实验结果表明:矩形小通道具有较好的冷凝换热效果,通道总平均换热量、热流密度以及通道出口冷凝液温度均随通道入口蒸汽温度升高而升高。但总传热系数和蒸汽侧换热系数随通道入口蒸汽温度升高而降低。最后在实验数据基础上,将实验值与仿真值进行对比分析,修正仿真模型,确定过热蒸汽冷凝成水的过程中相变点位置,为后续闭式循环动力系统壳体冷凝器的设计提供依据和参考。 展开更多
关键词 水下航行器 小通道 换热 实验研究
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修正空时自适应处理在水下自导系统中的应用 被引量:5
8
作者 吕维 王志杰 +3 位作者 李建辰 王明洲 胡桥 杨宝民 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期944-950,共7页
为了将空时自适应处理(STAP)抑制杂波的理论应用于水下环境,从而解决浅水抗混响问题,提出了应用于水下自导系统的修正空时自适应方法。结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理;比较了雷达和水下自导系统目标回波模型,针对水下自导... 为了将空时自适应处理(STAP)抑制杂波的理论应用于水下环境,从而解决浅水抗混响问题,提出了应用于水下自导系统的修正空时自适应方法。结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理;比较了雷达和水下自导系统目标回波模型,针对水下自导系统目标模型和混响空-时耦合项对空时自适应方法进行修正,并提出了应用空时耦合导向矢量进行空时处理;将该修正方法用于最优处理和目标检测。仿真结果表明,修正空时自适应方法有利于水下目标检测,应用空-时耦合导向矢量有助于提高目标方位估计能力。 展开更多
关键词 信息处理技术 声纳混响 空时自适应处理 回波模型 空时耦合项
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水下通信用光缆线包缠绕力学建模及仿真 被引量:4
9
作者 汤伟江 刘卫东 +2 位作者 陈刚 杨贺然 张建军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期996-1003,共8页
因电磁波无法在水中传播,水下大容量长距离通信仅能依靠光缆等有线通信方式。对于水下航行器等需随航行体运动实时布放光缆以建立动态通信信道的应用场合,光缆线包缠绕工艺及缠绕机构的优化设计,对减小断线概率、提高水下通信的可靠性... 因电磁波无法在水中传播,水下大容量长距离通信仅能依靠光缆等有线通信方式。对于水下航行器等需随航行体运动实时布放光缆以建立动态通信信道的应用场合,光缆线包缠绕工艺及缠绕机构的优化设计,对减小断线概率、提高水下通信的可靠性显得尤为重要。在对光缆缠绕过程及端板力学分析的基础上,提出一种以各层光缆径向变形和轴向变形为增量的逐层分析方法,建立了水下通信用光缆线包缠绕力学模型。该模型揭示了缠绕过程光缆线包内张力分布及端板变形的内在规律,以实际光缆线包结构参数和缠绕工艺参数对光缆线包内部应变、光缆层压强以及端板变形进行仿真分析,仿真结果与光缆线包缠绕过程应变实测数据符合性好。 展开更多
关键词 水下航行器 光缆线包 缠绕力学模型 光缆轴向应变 端板变形
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水下微分对策协同拦截制导策略 被引量:2
10
作者 刘卫东 程瑞锋 +1 位作者 高立娥 张建军 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1684-1691,共8页
为提高对未知目标的拦截能力,基于博弈理论,研究了一种由水下拦截器和我方舰艇协同防卫来袭目标的微分制导策略。该策略在三方对策关系基础上,结合视线指令构造协同约束,建立三方自导约束模型,以终端脱靶量和最小能量为性能指标进行协... 为提高对未知目标的拦截能力,基于博弈理论,研究了一种由水下拦截器和我方舰艇协同防卫来袭目标的微分制导策略。该策略在三方对策关系基础上,结合视线指令构造协同约束,建立三方自导约束模型,以终端脱靶量和最小能量为性能指标进行协同对策制导律设计。利用伴随原理解决终端问题方法导出具有反馈控制的"零效脱靶量",并以滚动时域法对制导参数进行实时预测。通过对可捕获条件下不同制导方式来袭目标的拦截仿真表明:在相同条件下,该制导策略弹道性能良好,不受目标机动形式的限制,具有较强的鲁棒性和稳定性。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 微分对策制导 水下拦截器 协同作战 零效脱靶量
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基于微分对策的水下主动防御拦截导引方法
11
作者 程瑞锋 刘卫东 +1 位作者 高立娥 张建军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期851-856,共6页
针对来袭水下目标机动方式的无法预知的问题,为实现精确拦截,以目标捕获条件为约束,设计了一种用于水下机动目标拦截的微分对策导引律。以微分博弈理论为基础,构造用于双边最优控制的二次型性能指标,利用伴随原理求解终端问题的方法导... 针对来袭水下目标机动方式的无法预知的问题,为实现精确拦截,以目标捕获条件为约束,设计了一种用于水下机动目标拦截的微分对策导引律。以微分博弈理论为基础,构造用于双边最优控制的二次型性能指标,利用伴随原理求解终端问题的方法导出具有状态反馈形式"零效脱靶量",并以其为性能指标设计用于航向角控制的微分对策制导律。通过对机动目标的跟踪拦截表明:该制导律对目标机动方式具有较强的鲁棒性,与最优导引相比,对机动目标的拦截精度高,可满足水下拦截作战技术需求。 展开更多
关键词 微分对策 制导律 拦截 脱靶量
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Agent战场视景仿真视点智能控制方法
12
作者 姚林海 康凤举 +1 位作者 韩睷 张森 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2011年第9期103-108,共6页
为了实现战场视景仿真中视点的智能控制,使视点能够自动选择运动方式,根据场景中发生的热点事件自动切换观察目标并且自动调整观察位置及角度,将Agent的思想引入视点控制策略的设计,提出了一种基于Agent的战场视景仿真视点的智能控制方... 为了实现战场视景仿真中视点的智能控制,使视点能够自动选择运动方式,根据场景中发生的热点事件自动切换观察目标并且自动调整观察位置及角度,将Agent的思想引入视点控制策略的设计,提出了一种基于Agent的战场视景仿真视点的智能控制方法,针对热点事件搜索智能体、观察目标选择智能体和观察方式控制智能体的智能体行为算法,以及多Agent协调的视点智能控制等关键技术进行了深入研究。基于Agent的战场视景仿真视点智能控制能够在仿真过程中合理切换视点的观察目标并控制视点的观察方式,减少了仿真人员手工操作视点的工作,使视景仿真的场景和视点切换更加自然而且信息丰富。 展开更多
关键词 战场视景仿真 视点 AGENT 视点智能控制
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水下超波束形成技术性能仿真研究 被引量:3
13
作者 赵瑞晅 胡桥 郝保安 《舰船科学技术》 北大核心 2013年第3期30-34,共5页
基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表... 基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表明:HBF使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有很大的降低,与常规波束形成技术相比,其分辨能力有较大提高,是一种有广阔应用前景的水下阵列信号处理新方法。 展开更多
关键词 分裂波束 超波束 目标分辨 仿真
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LFM-Costas编码信号在水下目标识别中的应用 被引量:2
14
作者 李永胜 吕林夏 《舰船科学技术》 北大核心 2012年第6期74-78,共5页
在水声对抗中,为了有效对抗假目标和准确判别目标尺度,提出了一种具有较高时-频联合分辨力和抗混响能力的LFM-Costas编码信号形式。并在浅海混响信道模型和目标多亮点模型基础上研究了LFM-Costas编码信号的目标尺度判别性能。通过仿真... 在水声对抗中,为了有效对抗假目标和准确判别目标尺度,提出了一种具有较高时-频联合分辨力和抗混响能力的LFM-Costas编码信号形式。并在浅海混响信道模型和目标多亮点模型基础上研究了LFM-Costas编码信号的目标尺度判别性能。通过仿真和海上试验,表明LFM-Costas编码信号在混响背景下能准确判别目标尺度,具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 COSTAS编码 多亮点模型 混响模型 水下目标识别
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基于信息熵的多Agent协同观测轨迹优化方法 被引量:1
15
作者 夏琪琪 杨惠珍 王越 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2022年第8期92-97,共6页
针对固装被动传感器的多个移动智能体对一个运动目标协同观测时探测与轨迹变化耦合的现象,提出了一种基于信息熵的协同观测轨迹滚动时域优化(receding horizon optimization,RHO)方法。建立了多Agent协同观测系统的状态方程和基于纯方... 针对固装被动传感器的多个移动智能体对一个运动目标协同观测时探测与轨迹变化耦合的现象,提出了一种基于信息熵的协同观测轨迹滚动时域优化(receding horizon optimization,RHO)方法。建立了多Agent协同观测系统的状态方程和基于纯方位信息的目标观测方程,构建了基于无色信息滤波(unscented information filter,UIF)的集中式融合估计算法,引入互信息建立了基于信息熵的目标状态估计性能指标函数,基于滚动时域优化方法,提出了最大化信息熵求解智能体角速度控制量的算法。仿真结果表明,在对运动目标的跟踪过程中,多智能体系统对目标状态估计的误差明显减小,实现了面向最优状态估计的轨迹优化,是一种协调设计多智能体协调观测滤波器和轨迹控制器的手段。 展开更多
关键词 多智能体系统 目标跟踪 轨迹优化 信息熵 无色信息滤波
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分集阵列式水下激光通信光学接收天线设计 被引量:12
16
作者 贺锋涛 石文娟 +1 位作者 朱云周 张建磊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期33-39,共7页
针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚... 针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围,并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系,结果表明:当光源尺寸10 mm时,复合光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±6°,光源径向移动范围是±6 mm;分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±16°,光源径向移动范围是±22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。 展开更多
关键词 水下无线激光通信 分集阵列式光学接收天线 视场角 聚光效率
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水下航行器小通道内蒸汽冷凝换热计算分析
17
作者 白超 韩勇军 +4 位作者 伊寅 史小锋 郭兆元 封启玺 路骏 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第6期86-91,共6页
针对水下航行器用冷凝器的结构特性和使用环境,建立冷凝器中小通道内蒸汽冷凝换热过程的焓值模型,对流换热系数模型和压力模型。根据4种不同的换热系数计算式,求解对应关系式下的焓值、温度、压力和干度仿真值,并结合实验数据进行对比分... 针对水下航行器用冷凝器的结构特性和使用环境,建立冷凝器中小通道内蒸汽冷凝换热过程的焓值模型,对流换热系数模型和压力模型。根据4种不同的换热系数计算式,求解对应关系式下的焓值、温度、压力和干度仿真值,并结合实验数据进行对比分析,得到在单相区采用D-B关联式,在两相区采用A-R关联式,计算的结果误差最小。并以此为基础,对小通道的截面尺寸进行计算分析,计算结果表明:当通道截面宽度为6 mm时,小通道具有较好的流动换热能力,为水下航行器的工程设计提供重要参考。 展开更多
关键词 冷凝器 小通道 冷凝换热 换热系数计算式 截面尺寸设计
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水下激光通信弱光信号的自适应随机共振检测 被引量:9
18
作者 张建磊 兰香 +2 位作者 杨祎 贺锋涛 朱云周 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1383-1393,共11页
针对水下无线光通信(Underwater Optical Wireless Communication,UOWC)系统中由于低信噪比导致的接收光信号被淹没在强噪声中难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振(Adaptive Stochastic Resonance,ASR)的水下弱光信号检测方法。... 针对水下无线光通信(Underwater Optical Wireless Communication,UOWC)系统中由于低信噪比导致的接收光信号被淹没在强噪声中难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振(Adaptive Stochastic Resonance,ASR)的水下弱光信号检测方法。本文通过分析水下弱光信号的特点及随机共振的检测机理,引入二次采样,使随机共振可以适用于任意频率下的光信号检测。分析影响随机共振系统的参数,提出改进蚁群算法与随机共振相结合的检测方法,根据检测性能动态的调整系统参数,使系统达到最优匹配状态,实现自适应随机共振。为验证方法的有效性,搭建了基于雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)的UOWC实验系统,实验结果表明,在信噪比SNR=-4.559 5 dB时,误码率为5×10^(-4),进一步证明了基于自适应随机共振的水下弱光信号检测可以显著提高UOWC接收机的误码率性能。 展开更多
关键词 水下无线光通信 低信噪比 随机共振 蚁群算法
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水下无线光自动对准系统的设计与实现 被引量:3
19
作者 贺锋涛 韦鹏程 +2 位作者 张建磊 杨祎 朱云周 《激光杂志》 北大核心 2021年第1期124-127,共4页
水下无线光通信(UOWC)具有保密性好、容量大、传输速度快等优点,可应用于水下信息传输、资源勘查等领域,通信链路的快速建立和持续稳定是水下无线光通信实际应用的基本条件。在平台扰动和海水信道杂质干扰的条件下,如何实现远距离的快... 水下无线光通信(UOWC)具有保密性好、容量大、传输速度快等优点,可应用于水下信息传输、资源勘查等领域,通信链路的快速建立和持续稳定是水下无线光通信实际应用的基本条件。在平台扰动和海水信道杂质干扰的条件下,如何实现远距离的快速对准是水下无线光通信必须解决的问题。针对水下无线光通信过程中系统发射端和接收端之间的链路由于干扰问题引起底层平台不断移动而无法对准的问题,搭建了一个基于激光二极管(LD)的水下无线光自动对准系统,该系统具有自动对准控制的特点,即系统在底层平台移动的情况下,依然可以实现链路的对准。 展开更多
关键词 水下无线光通信 自动对准系统 海水信道 远距离传输
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基于微气泡散射的水下无线光通信复合信道建模 被引量:1
20
作者 贺锋涛 杨航宇 +4 位作者 李碧丽 寇琳琳 张建磊 聂欢 南艺璇 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1732-1742,共11页
海浪、船舶尾流以及海洋生物游动与呼吸等原因会导致海水中存在大量的气泡,气泡群带来的散射效应对光信号的水下传输具有重要影响,但典型的水下无线光通信信道模型一般不考虑气泡群带来的负面效应。为了进一步完善传统的水下无线光通信... 海浪、船舶尾流以及海洋生物游动与呼吸等原因会导致海水中存在大量的气泡,气泡群带来的散射效应对光信号的水下传输具有重要影响,但典型的水下无线光通信信道模型一般不考虑气泡群带来的负面效应。为了进一步完善传统的水下无线光通信信道模型,本文利用Mie散射理论分析海水中的微气泡及微气泡群光散射特性,基于蒙特卡洛法建立包含气泡散射的复合海水信道模型,分析不同海水水质、气泡密度、链路距离等参数条件下接收端的光学特性和信号特性。结果表明:当链路距离为5 m时,随着气泡密度的增大,接收端光斑的弥散程度加剧,其面积可增至初始大小的3~5倍,中心能量也显著降低,最多可降至最大值的0.5%;当链路距离为10~40 m时,气泡群的存在以及链路距离的增长会导致接收端第一次接收到光子的时间延长约10~200 ns,且使脉冲展宽值增大;当链路距离为2~10 m时,气泡群密度的增大最多可使归一化接收功率降低至初始值的0.004%,但随着水质的恶化,其他粒子含量提高,气泡群对接收功率的影响逐渐减小。该研究可以为水下无线光通信系统的设计和理论分析提供参考。 展开更多
关键词 水下无线光通信 MIE散射 微气泡 蒙特卡洛法 信道建模
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