水下导航定位技术

• 水下惯性/重力梯度匹配导航综述

  王博;李天姣;李晓平;

  水下惯性/重力梯度匹配导航是提高自主水下潜航器导航精度的重要手段。为深入了解水下惯性/重力梯度匹配导航技术的发展现状，综述了重力梯度仪等技术的研究进展，详细分析了惯性/重力梯度匹配导航的基准图构建、适配区选取、匹配算法以及综合校正等关键技术的难点与研究现状，总结了此领域的研究重点。预测了惯性/重力梯度匹配导航技术的发展趋势，指明了技术的耦合性、智能化及实用性是水下惯性/重力梯度匹配导航的重要研究思路，为水下自主导航技术的发展提供参考。

  2023年04期 No.220 1-12+183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
  

• 水下仿生光磁导航技术综述

  吴新冬;申冲;曹慧亮;王晨光;唐军;刘俊;

  针对水下导航资源受限的问题，受动物优异的自主导航能力的启发，对国内外水下仿生光磁导航技术进行了总结和回顾。从水下偏振光场、生物的地磁导航机理以及生物的光磁复合导航机理入手，介绍了水下仿生偏振光导航、仿生地磁导航以及仿生光磁复合导航的基本原理和研究现状；通过分析现有仿生导航方法的优势与限制，主要从提升复杂环境适应性的层面阐述了目前需要解决的关键问题；根据目前水下仿生光磁导航的研究现状，在导航原理、导航精度以及导航范围三个方面，探讨了水下仿生光磁导航技术的发展趋势，对水下仿生光磁导航技术进行了总结与展望。

  2023年04期 No.220 13-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 860K]
  

• AUV导航系统故障诊断与容错技术研究综述

  王权达;徐博;张涛;

  自主水下航行器（AUV）导航系统的故障检测与容错技术是实施现代化海洋战略的重要保障。综述了近年国内外AUV组合导航与协同导航系统故障诊断方法的相关研究进展，包括基于解析模型、传感器信号处理以及基于人工智能的故障检测方法和传感器短时失效的容错技术，并分析了目前各类算法的适用条件及优缺点。针对水下导航系统多传感器信息融合容错方法，对比总结了现有多传感器故障容错算法的优劣势与技术难点，同时对水下组合导航与协同导航系统故障检测及信息融合容错算法的未来发展趋势进行了展望，为AUV导航系统故障诊断与容错方向提供参考。

  2023年04期 No.220 26-36+5页 [查看摘要][在线阅读][下载 859K]
  

• 基于因子图优化的紧耦合INS/USBL/DVL导航方案

  秦洪懋;王希;王广才;胡满江;秦晓辉;

  针对水下环境复杂，传感器异常值较多，传统卡尔曼滤波定位方法难以实现精确定位的问题，提出一种基于因子图优化（FGO）的紧耦合INS/USBL/DVL方案和核心融合算法。采用FGO方法构建紧耦合INS/USBL/DVL因子图模型，加入粗差检测函数调整各因子的权重，从而提高水下传感器信息利用率，改善了水下导航精度及可靠性，并通过仿真及湖泊试验证实了该方案的合理性。结果表明，所提出方法相比于KF-LC、KF-TC和FGO-LC方法，水平位置精度分别提高了29.2%、6.6%和13.2%，且在出现异常传感器信息时有较为平顺的导航误差表现。

  2023年04期 No.220 37-47+68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1511K]
  

• 基于交互多模型的惯性/DVL鲁棒自适应组合导航方法研究

  杨柯;李德峰;蔡玉宝;

  惯性导航（INS）/多普勒计程仪（DVL）组合导航系统是一种常见的水下导航方式。水下环境的不确定性是影响组合定位精度的因素之一。为了提高INS/DVL组合导航系统对未知水下噪声的自适应性和鲁棒性，提出一种基于学生t分布/混合高斯分布的水下噪声建模方法。基于多模态混合的噪声模型，建立一种基于交互多模型（IMM）的INS/DVL组合导航算法，可以根据环境特性自适应地选择合适的噪声模型以满足算法对自适应性和鲁棒性的要求。仿真试验结果表明，相比于传统组合导航算法，提出的算法对环境的适应性更高，能够提高INS/DVL组合导航系统在复杂水下环境中的定位精度和鲁棒性。

  2023年04期 No.220 48-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 928K]
  

• 基于宇宙线缪子探测的水下定位方法研究

  熊凯;魏春岭;周鹏;

  水下航行器长时高精度导航定位是一个具有挑战性的问题。传统导航手段，如全球卫星导航、惯性导航、基于光学测量的天文导航等，在信号遮挡或长期运行等应用条件下存在局限性。针对上述问题，研究基于宇宙线缪子探测的水下定位方法，分别在水面和水下航行器上配置参考缪子探测器和载体缪子探测器，测量缪子信号到达参考缪子探测器和载体缪子探测器的时间之差（Time Difference of Arrival,TDOA），根据TDOA观测量和参考缪子探测器先验信息，估计得到载体缪子探测器的位置。设计了基于缪子探测器和惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）的水下航行器全参数导航解算方法，建立了面向卡尔曼滤波器（Kalman Filter,KF）设计及系统性能分析的状态方程和观测方程，通过计算导航系统的克拉美劳下界（Cramer-Rao Lower Bound,CRLB）考察了缪子-惯性组合导航方法用于水下定位的潜在性能。数学仿真研究表明，面向水下航行器的缪子定位系统（Muon Positioning System，μPS）能够达到分米量级的精度水平。

  2023年04期 No.220 56-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1581K]
  

• 水下组合导航系统DVL时间延迟估计方法

  陈静;管春洋;张吉先;郭玉胜;宋雅兰;

  针对水下载体导航应用场景下，多普勒测速仪（DVL）由于其水声测速原理存在的测速数据时间延迟问题，基于多普勒时间延迟机理研究了一种水下组合导航系统多普勒时间延迟估计方法。对常规惯性/DVL组合导航滤波模型进行改进，建立惯性/DVL组合导航滤波方程，增加多普勒时间延迟估计，降低了多普勒数据延迟引起的定位误差。通过已知时间延迟和未知时间延迟两种试验，证实了多普勒时间延迟估计方法能够提高惯性/DVL组合导航定位精度，在海试试验中将惯性/DVL组合导航定位精度从0.3%里程提升至0.2%里程。结果表明，所提方法可以实现对DVL时间延迟估计，有效降低时间延迟对测速误差的影响，对提升水下高精度组合导航定位精度具有较好的工程应用价值。

  2023年04期 No.220 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1158K]
  

• 基于JPS-COSPS的水下潜航器三维安全航迹规划研究

  郑宇航;戴晓强;王莹;曾庆军;

  针对A*算法在水下潜航器的导航规划任务中搜索效率低、安全性差、平滑度欠佳等问题，提出一种基于JPS-COSPS的三维航迹规划方法。该方法在三维栅格环境中，引入临界障碍与周围点集（COSPS），降低三维环境复杂性；将周围点集作为JPS算法寻路过程中的可行跳点，降低三维环境下JPS算法的寻路难度，提高路径安全性；通过拐点删除与曲线优化，拟合得到转折点少、曲率连续的优秀路径。仿真结果表明，此方法具有良好的全局搜索能力，与对比算法相比，搜索速度缩短60%以上，规划出的航迹安全且平滑，有利于导航任务的顺利进行。

  2023年04期 No.220 78-84+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1360K]
  

• 一种面向水下环境的捷联惯导系统自主阻尼方法

  朱九鹏;李安;覃方君;闫杰;程晓园;

  针对捷联惯导系统中舒勒振荡误差影响导航精度的问题，并同时兼顾水下环境中载体的自主性和隐蔽性，提出了一种新的自主阻尼方法。在重力扰动误差补偿的基础上，考虑捷联惯导系统可以并联执行多套算法的特点，调整惯导虚拟采样时间，产生合适的相位延迟，利用相位延迟惯导算法和正常惯导算法中导航参数的固有误差特性进行自主补偿，实现不依赖外部参考信息条件下自主抑制舒勒振荡性误差的目的，满足水下环境的应用条件。仿真试验和船载试验的结果表明，所提出的方法有效降低了舒勒振荡误差幅值，证明了方法的有效性。

  2023年04期 No.220 85-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K]
  

• 基于自抗扰水面无人艇路径跟踪导航与控制方法研究

  赵源;戴晓强;王莹;曾庆军;李昂;李维;

  针对欠驱动无人艇在路径跟踪过程中海流的时变干扰、传感器噪声污染及控制器参数不易整定等问题，设计路径跟踪控制器。引入视线法获取艏向角，作为控制器的控制目标，并利用卡尔曼滤波器对数据融合处理；改进扩张状态观测器的非线性函数为自适应galn函数，抑制噪声，提高观测精度；利用灰狼优化算法优化目标函数，获取最优控制器参数，提升了控制效率；通过仿真和湖泊试验，验证了所设计控制器能够实现对无人艇的高效控制，路径跟踪精度整体提升。

  2023年04期 No.220 95-102+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
  

• 基于反馈线性化的水下飞行器最优控制算法研究

  张珑耀;贾云飞;陶灿辉;

  针对水下飞行器发射初始阶段运动与试验平台进行快速参数调整的问题，提出了一种有效的姿态控制算法。通过建立水下飞行器初始运动阶段的非线性动力学方程，并通过反馈线性化对模型进行简化，得到了关于水下飞行器姿态角与运动角速度的二阶状态方程，进而设计了一种线性二次型最优控制的姿态跟踪算法。仿真实例的结果表明，本算法可以通过单一调整Q,R参数完成对水下飞行器不同运动参数的快速调整，与经典控制方案相比较，具有更好的操作性与控制性能，能以更快调整时间、更小的控制量完成对预定姿态角的跟踪，为水下飞行器的后续试验提供了理论依据。

  2023年04期 No.220 103-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 818K]
  

总体技术

• 电动巡飞弹翼内锂电池空冷布局方法研究

  王正培;张晓辉;宋亚鑫;刘莉;

  高比能锂电池组作为长航时、大功率电动巡飞弹的重要能源系统方案，在有限舱内空间以较大倍率放电时发热严重，极易导致局部热失控，引发安全问题。针对高比能动力锂电池组有限空间内的热管理问题，对锂电池的产热机理进行分析，建立了电热耦合仿真模型；针对翼盒内电池间距和引流方式对常规集中式全横向电池布局方案散热效果的影响，开展了翼内高效空冷布局方法研究。对比分析后提出了一种倒U型电池空冷布局方案，并优化了引流入口位置，有效解决了锂电池组高效空间布局和紧凑空间散热问题。仿真结果表明，优化后的倒U型布局方案能够充分利用翼内空间，使电池组平均温度不超过28.6℃，最高温度不超过30.7℃，最大温差控制至4.7℃，相比全横向布局，在提升来流风速和优化入口位置后，平均温度下降了23.5%，最高温度下降了30.4%，最大温差下降了72%，显著提升了翼内锂电池组散热性能，为电动巡飞弹锂电池组的高效空间利用和有效热管理问题提供了理论支撑。

  2023年04期 No.220 109-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1354K]
  

• 动平台飞行器发射动力学及适配器影响研究

  周晓和;刘伟;张家骏;宋逸博;李月洁;

  高海况条件下进行飞行器发射时，平台的剧烈摇摆会严重影响飞行器载荷状态和运动状态，增加飞行器发射失败的风险，亟需深入研究平台高海况摇摆作用下飞行器的运动特性。创新性地建立了以发射筒坐标系为参考坐标系的飞行器三自由度发射动力学模型，极大地简化了对飞行器运动状态的描述，并以三自由度动力学模型为基础，进一步研究了适配器刚度特性和阻尼特性对飞行器载荷和转动角度的影响。结果表明，飞行器发射过程中不同适配器的载荷差异显著，且在一定范围内适配器的刚度和非线性特性对飞行器载荷和运动状态有显著影响。研究结果可为动平台飞行器载荷设计和适配器设计提供参考。

  2023年04期 No.220 119-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 970K]
  

• 高能激光武器协同作战运用关键技术分析

  孙苗苗;孟祥慈;白奕;

  高能激光武器作战成本低、发射速度快、附带损伤小，可经济高效对抗低慢小目标。将高能激光武器融入舰艇作战系统，有利于提高未来海战中舰船生存能力和作战效能。在调研国内外相关研究进展基础上，围绕舰载高能激光传输和毁伤机理，分析提出了舰载高能激光武器协同作战运用面临的主要问题，结合模糊数学、马尔科夫决策链等理论方法，并从使用约束、协同模型和冲突消解三方面构想了高能激光武器协同作战关键技术途径。

  2023年04期 No.220 126-133+141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1328K]
  

• 美军新型反辐射导弹AARGM-ER性能分析与研究

  祝雯生;于俊庭;张顺家;赵炜;孙巩浩;

  增程型先进反辐射导弹（AARGM-ER）是美军AGM-88系列反辐射导弹的最新改进型，具备载机内埋弹射、防区外打击等先进作战能力，是美军尖端精确制导武器的典范。梳理总结了AARGM-ER导弹三个阶段的研制历程，详细介绍了导弹的三种作战使用模式，分析了导弹气动布局方案及制导控制系统、动力系统、引战系统等主要分系统方案，得出了导弹具有飞行速度快、射程远、抗诱饵和抗关机能力强等技术特点。借鉴美AARGM-ER导弹研制经验，总结出反辐射导弹发展应立足实战需求牵引，聚焦先进技术突破，推动模块化、系列化升级，以支撑武器装备实战能力的快速构建与提升。分析结果可为后续反辐射导弹的研制提供一定参考。

  2023年04期 No.220 134-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1338K]
  

• 俄罗斯高超声速武器发展现状及启示

  刘德胜;陈庆印;徐娟娟;

  俄罗斯高超声速武器发展已经处于世界前列，针对俄罗斯高超声速武器发展的现有成果和主要做法，从主要导弹和典型项目两个方面入手，对俄罗斯高超声速武器的主要类型、基本性能、发展思路、进展和状态等进行了系统的研究和总结，分析了俄罗斯高超声速武器发展的主要特点。聚焦战略地位、战略威胁及战略环境，从战略威慑、能力发挥、体系构建、作战运用、建设发展等方面提出了高超声速武器建设发展建议。

  2023年04期 No.220 142-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 662K]
  

任务规划

• 基于LPA*优化算法的察打一体无人机远距离飞行航线规划

  郭晓宇;鲁旭涛;

  针对大型察打一体无人机在动态环境下远距离自主飞行过程中航线规划速度慢、对航线中出现的意外情况无法及时规避等问题，提出了基于LPA*算法的远距离无人机动态航线规划算法。通过构建飞行空域地图模型，对不安全空域进行地图标注，无人机首先预存静态理想环境下的航线。在未出现动态危险空域前，LPA*算法将引导无人机继续遵循静态预规划的航线飞行，机载雷达只探测航线方向空域节省资源；当机载雷达侦测到已规划航线上出现动态危险空域时，LPA*算法启用算法预警，提前引导无人机躲避动态障碍，并对后续航线进行动态规划。仿真试验结果表明，LPA*算法在动态环境下，相比于经典LPA*算法用时缩短了72.41%，提前20 km避开了危险空域，降低了出现意外事故的概率。

  2023年04期 No.220 148-155+164页 [查看摘要][在线阅读][下载 2036K]
  

• 基于改进广度优先算法的飞行器纵向航迹优化

  夏阳;葛佳浩;栾梦凯;周良毅;刘莉;

  为提高作战飞行器的突防能力，开展关于飞行器纵向航迹规划的研究。考虑地形、雷达、航程的影响，建立综合撞地概率、探测概率和飞行航程的航迹代价函数。针对广度优先搜索（BFS）算法，提出裁剪规划空间和剔除落后节点的加速搜索策略，使得BFS算法更适用于纵向航迹规划问题。并在多雷达部署的场景中仿真验证了算法的合理性，纵向航迹规划结果可以满足飞行约束和航迹性能指标。结果表明：改进的广度优先搜索算法在求解纵向航迹规划问题上具有较优的求解准度和速度。

  2023年04期 No.220 156-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K]
  

• 多特征融合与深度学习的防空目标分配方法

  易凯;张修社;胡小全;韩春雷;

  为了提升多平台协同防空作战条件下大批量目标分配的快速性和准确性，分析了当前目标分配算法的特点与局限，提出了基于多特征融合与深度学习的防空目标分配思路和建模方法，通过选取多个影响目标分配效果的关键特征属性作为输入，构建了适应特征规模的深度神经网络目标分配优化模型结构。经仿真验证，该方法相比典型方法在进行目标分配时的拦截效能更好，耗时更短，能够更全面地描述战场环境特征因素，平衡优化深度神经网络目标分配模型的过拟合和欠拟合问题，有效提高目标分配的计算速度和准确性。

  2023年04期 No.220 165-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 2327K]
  
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