无人潜航器集群的发展对水下目标探测产生了巨大挑战。针对水下多个低可探测目标检测问题和隐蔽性探测需求,提出一种基于Hough变换检测前跟踪的水下多目标被动检测方法。利用航空被动声纳浮标阵,构建水下无人潜航器被动检测模型;采用多枚被动声纳浮标自适应关联交叉定位技术,实现隐蔽检测前的数据预处理;采用双门限随机Hough变换检测前跟踪算法,实现水下高噪声密度条件下多目标的低可探测性的需求。仿真结果表明,该方法在低信噪比、多目标点迹交叉条件下具有较好的检测性能。

为确保水下滑翔机俯仰姿态控制对模型不确定性及执行器故障的鲁棒性并降低控制能耗,提出一种基于事件触发的自适应容错俯仰控制算法。在反步控制的基础上,使用动态面技术避免对虚拟控制律求导;利用基于历史输入、输出数据的径向基神经网络对模型不确定项、环境扰动和执行器故障进行逼近与补偿;设计基于相对阈值的事件触发条件,避免控制律的连续更新,从而降低控制能耗。使用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有信号满足半全局一致最终有界。仿真实验结果表明,所设计的控制器在实现鲁棒性的前提下进一步节约了控制能耗和通信资源。

为研究预置舵角对跨介质航行体高速入水过程尾拍运动特性的影响,搭建高速入水试验平台并设计带有内测单元的试验模型,开展入水角为20°时不同预置舵角下跨介质航行体高速入水试验研究。采用高速摄像机记录入水空泡,同时由内测单元测量航行体的运动参数和表面压力,分析预置舵角对跨介质航行体高速入水过程中空泡发展特性、入水运动特性以及表面压力的影响规律。试验结果表明:跨介质航行体入水过程中先后经历滑行运动阶段和尾拍运动阶段,尾拍形成的法向过载最高可达滑行产生法向过载的2倍;入水距离约5倍航行体长度时,入水空泡形成闭合,泡内压力在闭合前后呈先降低后增大的变化趋势;入水空泡闭合时,随着预置舵角增大,形成的附体空泡与主体空泡发生分离,在预置舵角为10°时,空泡尾流出现双涡管现象;预置舵角越大,跨介质航行体入水转平/偏转能力越强,当形成单侧尾拍运动后,航行体爬升效率提升。

为研究舰船双层底部结构在水下爆炸载荷下的毁伤特性，进行电火花气泡与带破口双层结构模型相互作用实验，使用高速摄影机捕捉气泡在带破口双层结构下方的脉动特征，并使用LS-DYNA软件对该实验工况进行模拟，通过实验验证数值模型的有效性。在此基础上建立实尺度舰船双层底舱段有限元模型，通过改变爆距和双层板间水位，设置15个模拟工况，深入分析冲击波和气泡载荷对舰船双层底部结构的毁伤特性。研究结果表明：爆距较小时，外底板出现破口，内外底板之间的内气泡的膨胀作用加剧外底板破口的撕裂，同时使内底板出现塑性变形；爆距较大时，外底板仅发生变形，并与内底板接触，同时带动内底板的变形。双层板间水位较低时，冲击波载荷衰减较大，对内底板毁伤作用较小，此时内气泡的膨胀对内底板的变形起到主要作用；双层板间水位较高时，冲击波载荷衰减较小，冲击波和气泡脉动二次压力波载荷通过水介质共同作用到内底板，使内底板产生变形。

针对水下运载器强非线性、强耦合、外界干扰、自身参数不确定的影响，基于线性自抗扰控制提出一种姿态解耦控制方法。将水下运载器各控制通道的相互耦合以及内外部的干扰作为总和扰动，通过扩张状态观测器对其进行估计，并引入到反馈控制器中进行补偿，使原非线性系统转化成线性系统，实现解耦控制。引入虚拟控制量，对舵引起的耦合进行解耦。基于此控制系统和水下运载器非线性动力学模型，给出稳定性分析。仿真结果表明，基于线性自抗扰的控制器具有响应快速、超调与稳态误差小、鲁棒性强的特点，较PID控制动态性能与抗干扰能力有较大提升。

消磁站海底敷设磁传感器是舰艇磁场测量的主要形式之一,水下磁传感器的位置偏差直接影响着舰艇磁场的测量精度和防护能力评估。针对现有方法难以准确定位消磁站水下磁传感器的问题,提出一种基于动态学习策略多群体粒子群的消磁站水下磁传感器位置校正方法。该方法首先将通电载流线圈等效成磁偶极子磁源,再通过线性多重计量方法改变磁源与磁传感器的相对位置以获取多组磁传感器磁场测量数据,据此建立水下磁传感器位置校正模型,并采用动态学习策略多群体粒子群优化算法优化求得位置偏差矢量,从而实现水下磁传感器位置的高精度校正。在综合分析磁偶极子等效误差等主要影响因素的基础上,设计了数值模拟实验和物理缩比模型实验,结果表明:该方法可有效解决消磁站水下磁传感器的位置校正问题,校正后x轴、y轴和z轴三个方向的位置误差均小于0.1m。经过校正后的消磁站磁场测量精度可以满足舰艇磁场测量要求,该方法可以对消磁站位置安装偏差不大于0.3m的水下磁传感器完成校正工作,具有较好的实用价值。

针对现有亮点模型预报水下航行体声散射特性精细程度不高的问题,建立能反映水下航行体真实线型以及精细声散射特征的亮点模型。采用线性插值算法和分割目标方法建立指挥台和艉部的参数化亮点模型,并采用板块元方法对建模结果进行验证。对包含指挥台和艉部在内的Benchmark潜艇模型声散射特性开展建模研究,并与BASIS方法的标准解进行对比。通过开展Benchmark缩比潜艇模型声散射湖上试验,获取Benchmark缩比潜艇模型目标强度测量结果,并与亮点模型方法进行对比。研究结果表明,建立的指挥台和艉部参数化亮点模型是准确的,将各部件的空间相位信息考虑在内,亮点模型能够预报水下航行体的精细声散射特征。研究结果对水下目标声散射快速预报具有一定的参考价值,在快速时域回波预报方面应用前景广阔。

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明:冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。