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基于扩张状态观测器的舰载机俯仰自适应滑模控制张勇;韩维;陈俊锋;崔世麒【摘要】传统自适应滑模需要系统扰动上界的先验信息和易引发作动器抖振是其不便用于工程实际的主要原因.文章基于扩张状态观测器对传统自适应滑模进行了改进,利用扩张状态观测器(ESO)实时观测外扰并在自适应滑模控制中进行补偿.将改进后的自适应滑模应用于舰载机俯仰姿态控制中,进行仿真计算.计算结果表明,在系统扰动上界未知的情况下,ESO提高了自适应滑模的鲁棒性,消除了抖振.%The need of priori information of the disturbance upper bound and chattering are the main shortcomings of tradi-tional adaptive sliding mode control. Based on the extended states observer, the robust of the adaptive sliding mode control was improved and the chattering was eliminated without any priori information of the disturbance upper bound. The im-proved adaptive sliding mode control was applied to the attitude control system of a carrier-based aircraft. The simulation results shows the effectiveness of the improvement.【期刊名称】《海军航空工程学院学报》【年(卷),期】2017(032)003【总页数】5页(P279-283)【关键词】自适应滑模;扩张状态观测器;舰载机;姿态控制系统【作者】张勇;韩维;陈俊锋;崔世麒【作者单位】海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001;海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001;92728部队,上海201107;海军航空工程学院科研部,山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】V249.1舰载机着舰时工作在阻力曲线的后方，此时，速度减小将使阻力迅速增大[1]，单纯依靠升降舵或发动机将无法完成对舰载机的控制。
基于弹丸图像的末敏弹阻力系数计算方法胡志鹏;刘荣忠;郭锐;朱光辉【摘要】Because of the high expense on TSP wind tunnel test and the traditional ballistic range needs several tests to get whole data, an TSP drag coefficient calculation method based on projectile image processing of highspeed video was proposed. The stable back-ground was extracted by using Surendra algorithm, then the difference between current frame and back-ground was revealed. With proper tolerance and image de-noising processing , the ballistic points were acquired TSPs drag coefficient calculated by using least square method to match the ballistic points to their time difference. The calculated coefficient indicated that the image processing method was simple and efficient, which also possessed high precisioa The errors between the calculated model and the experiment were within 2%.%针对末敏弹气动特性研究中风洞试验费用高,传统弹道靶仪器需多次试验才能得到完整数据的问题,提出了一种基于高速录像拍摄的序列图像处理技术的末敏弹阻力系数计算方法.利用Surendra背景更新算法获得视场背景,通过将当前帧与背景作差,并引入适当的容差,对差值图像进行去噪处理,得到末敏弹弹道数据点.结合末敏弹弹道模型,用最小二乘法拟合时间弹道数据,计算得到末敏弹阻力系数.试验表明:利用该方法进行末敏弹阻力系数计算简单快速有效,计算结果精度高,与试验结果误差在2％以内.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】6页(P8-12,18)【关键词】末敏弹;阻力系数;试验;图像提取【作者】胡志鹏;刘荣忠;郭锐;朱光辉【作者单位】南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ011;TJ413.30 引言末敏弹稳态扫描技术是末敏弹研制中的关键技术之一。
网络首发地址：https:///kcms/detail/42.1755.TJ.20230306.1820.004.html期刊网址：引用格式：刘亢, 曹留帅, 万德成. 基于主动射流方法的椭圆水翼梢涡空化抑制研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(4):175–185.LIU K, CAO L S, WAN D C. Suppression of tip vortex cavitation of elliptical hydrofoil based on active water injection methods[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(4): 175–185.基于主动射流方法的椭圆水翼梢涡空化抑制研究扫码阅读全文刘亢1,2，曹留帅1,2，万德成*1,21 上海交通大学 船海计算水动力学研究中心，上海 2002402 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240摘 要:［目的］梢涡空化会产生压力波动和流动噪声，预测梢涡空化的初生和发展过程，了解其作用机理并加以抑制是船舶螺旋桨与旋转机械亟待解决的问题。
［方法］以剖面为NACA 0012翼型的椭圆水翼为研究对象，基于IDDES 湍流模型和Schnerr-Sauer 空化模型，分别在全湿流和空泡流两种工况下对水翼梢涡及其空化现象进行模拟，分析水翼梢涡及其空化之间的相互作用特性。
进一步，通过主动射流方法控制水翼梢涡空化，并对比两种开孔射流方式，即垂向射流和侧向射流的作用效果。
［结果］以梢涡体积作为空泡抑制的判断标准，与无射流工况对比，垂向射流工况对空泡的抑制效果可达到8.09%；而在侧向射流工况下，射流对空泡的抑制效果更加明显，达到了10.47%。
结果证明两种主动射流方式均可以有效抑制梢涡空化。
［结论］通过机理分析发现，垂向射流会影响水翼梢涡入射流的流速及流向，提高梢涡湍动能的耗散项，从而降低水翼的梢涡强度；而在侧向射流工况下，射流则直接作用于梢涡，所携带的能量极大地破坏了水翼的梢涡结构，从而大大降低了梢涡空化现象的产生。
粗糙海面上舰船Kelvin尾迹的电磁散射仿真韦尹煜;吴振森;路越【摘要】基于点源扰动方法建立了舰船的Kelvin尾迹模型,模拟了不同船速下的Kelvin尾迹.实际中,舰船尾迹除了受到舰船自身参数影响外,还会受到风驱海浪的调制.为了建立更为符合实际的Kelvin尾迹模型,借助PM(Pierson-Moscowitz)海谱生成粗糙海面,将其与Kelvin尾迹模型进行线性叠加后,得到了粗糙海面上舰船尾迹.在该复合模型基础上,利用物理光学法获得了不同入射情况下的单站、双站的雷达散射截面,实现了海面舰船尾迹电磁散射的模拟仿真.这一过程的实现,有利于更好地模拟舰船尾迹在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)中的成像仿真,同时为SAR成像中舰船尾迹以及舰船自身的识别奠定了基础.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2016(031)003【总页数】5页(P438-442)【关键词】Kelvin尾迹;PM谱;物理光学法;雷达散射截面(RCS)【作者】韦尹煜;吴振森;路越【作者单位】西安电子科技大学物理与光电工程学院,西安710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院,西安710071;西安电子科技大学信息感知技术协同创新中心,西安710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院,西安710071【正文语种】中文【中图分类】O451DOI 10.13443/j.cjors.2015071002对于水面舰船目标,传统探测方法都是以目标本身作为探测客体,而探测的信号源就是来自水中航行舰船的声反射性质、电磁性质等. 但是,随着各种先进消声技术、声对抗技术、消磁技术等隐身技术的发展和应用,使传统探测手段的工作能力被严重削弱.然而,在舰船航行过程中,其产生的尾迹具有尺度大、存在时间较长的特点,且无论采用什么隐身技术也很难被消除掉,完全满足被用作探测信号源的要求. 同时,随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的兴起,可以用星载或机载SAR图像中的船尾迹来识别运动舰船,并可通过尾迹形态得到舰船的吃水深度、航速等重要信息,因此研究舰船尾迹在海上目标探测中具有重要作用.近几十年来,国内外学者对舰船尾迹,尤其是对Kelvin尾迹进行了大量研究,Tuck等人[1]于1971年在Kelvin驻相法的基础上计算了船行波.2000年,Fontaine等[2]在考虑了舰船形状和大小的情况下,求解了在无粘流体中的船行波.2010年,孙荣庆等[3]对运动舰船的Kelvin尾迹和湍流尾迹的电磁散射建模作了相关研究.2013年,巩彪等[4]对Kelvin尾迹作了SAR图像仿真.2015年,Zilman等人[5]研究了粗糙海面上Kelvin尾迹在SAR成像中的识别问题．本文在不同环境条件下,对上述模型进行了模拟验证,建立了更为符合实际的Kelvin 尾迹模型;同时,利用PM海谱生成粗糙海面,并结合物理光学(Physical Optics,PO)法,实现了粗糙海面上舰船尾迹的电磁散射的模拟仿真.1.1 Kelvin尾迹建模舰船尾迹主要由分歧波和横断波组成,二者相干涉形成尖头波,由于尖头波的波长短,因而每个波前不能够被独立地分辨开来而表现为亮线,形成开尔文臂.开尔文臂的尾迹角约为±19.5°,如图1、图2所示.点源扰动模型是模拟Kelvin尾迹的基础,其原理是:将舰船目标看作一个以速度v移动的椭球体,对椭球体上每一个点按照航迹模式进行计算,再将每个点的航迹的近似值相叠加,从而得到整个Kelvin尾迹.舰船Kelvin尾迹的自由波模形如下:图3为不同船速下的Kelvin尾迹．Kelvin尾迹轮廓形如扇形，横断波沿舰船的航行方向传播，具有明显的周期特性．船速较小时，Kelvin波长较短，相应的尾迹高度起伏较小，随着船速的增加，波长与振幅明显增加，这与实际情况相符合．1.2 Kelvin尾迹与海面的线性叠加模型高频利用PM海谱[7-8]生成海面模型,风速u19.5=3.5 m/s,风向φw=0°,如图4(a)所示.同时,建立小型舰船尾迹模型,如图4(b)所示,相关参数为d=1.5 m,l=5m,b=2.5 m,v=2 m/s.仿真区域Lx=Ly=19.2 m,取样点数为M=N=512,面元尺寸为0.037 5 m×0.037 5 m.将海面模型与Kelvin尾迹模型进行线性叠加,得到海洋中的舰船尾迹模型,如图4(c)所示.之后,将利用此模型进行电磁散射计算.PO法是求解Helmholtz积分方程的近似方法,在求解电磁散射问题中应用广泛,其基本思想是:当入射波的波长λ和粗糙表面曲率半径ρ满足条件ρ>10λ时,粗糙面可视为由许多小平面拼接而成,电磁波在粗糙面的边缘和尖点绕射、面元间的多次散射等作用可以忽略.入射波不能直接照射的区域是暗区,入射波可以直接照射的区域是亮区,计算每一个亮区散射场,叠加后得到总散射场.粗糙面表面面元电磁流为: 利用物理光学法对1.2节中所建立的复合模型进行电磁散射计算,得到其单、双站雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS).3.1 单站电磁散射单站散射系数的仿真结果如图5所示.可以看到: 镜像区域中,来自介质海面的平均后向RCS明显大于带有舰船Kelvin尾迹的后向RCS; 随着入射角的增大,来自单纯海面的后向RCS明显小于叠加有Kelvin尾迹海面的RCS.这是由于尾迹的存在增大了海面起伏,改变了海面的粗糙度,使散射效果增强.3.2 双站电磁散射图6给出了入射角分别为0°和30°情况下的双站RCS.仿真结果表明：在镜像区域,单纯海面的RCS明显大于带有舰船Kelvin尾迹的RCS. 而在远离了镜像区域,单纯海面的RCS明显小于叠加有舰船Kelvin尾迹的RCS.原因是:尾迹的存在改变了海面粗糙度,使得在镜像区域相应的散射减弱,在其他区域的散射增强.本文利用点源扰动模型建立了舰船的Kelvin尾迹模型,模拟了不同船速下的舰船尾迹,发现当船速越大时,尾迹波长越长,波高也越大.同时,借助PM海谱生成粗糙海面,将其与Kelvin尾迹模型进行线性叠加得到了海面上的舰船尾迹.最后,针对舰船尾迹对粗糙海面电磁散射影这一问题进行了模拟仿真,利用PO获得了不同入射情况下的单、双站RCS,发现由于尾迹的存在增大了海面起伏,改变了海面的粗糙度,从而在镜向方向上的电磁散射减弱,非镜向方向上的散射效果增强.韦尹煜 (1990-),男,甘肃人,西安电子科技大学博士研究生,研究方向为目标与环境复合电磁散射及并行计算方法.吴振森 (1946-),男,湖北人,西安电子科技大学教授,博士生导师,近年来主要从事复杂介质、非均匀介质中的电磁波/光波的传播与散射、目标激光散射特性和电磁散射等方面的研究.【相关文献】[1] TUCK E. O. On line distribution of Kelvin sources[J]. Journal of ship research, 1971,12(2): 105-112.[2] FONTAINE E, FALTINSEN O M, COINTE R. New insight into the generation of ship bow waves[J]. Journal of fluid mechanics, 2000, 421(1): 15-38.[3] 孙荣庆, 罗根, 张民，等. 运动舰船的开尔文尾迹和湍流尾迹的电磁散射模型[C]//2010全国电磁散射与逆散射学术年会. 2010.[4] 巩彪, 黄韦艮, 陈鹏. Kelvin尾迹SAR图像仿真研究[J]. 海洋通报, 2013, 32(2): 208-213. GONG B, HUANG W G, CHEN P. Study on the SAR imaging simulation of kelvin ship wake[J]. Marine science bulletin, 2013, 32(2): 208-213. (in Chinese)[5] ZILMAN G, ZAPOLSKI A, MAROM M. On detectability of a ship's Kelvin wake in simulated SAR images of rough sea surface[J]. IEEE transactions on geoscience & remote sensing, 2015, 53(2):609-619.[6] OUMANSOUR K, WANG Y, SAILLARD J. Multifrequency SAR observation of a ship wake[J]. IEE proceedings-radar, sonar and navigation, 1996, 143(4): 275-280.[7] 李钦, 管荣生. 双尺度粗糙面的电磁波散射问题[J]. 电波科学学报, 1990, 5(3): 59-66.LI Q, GUAN R S. Wave scattering from rough surfaces with two scale[J]. Chinese journal of radio science, 1990, 5(3): 59-66. (in Chinese)[8] PIERSON W J, LIONEL M. A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S[J]. Journal of geophysical research, 1964, 69: 5181-5190.。
舰船尾流后向散射光信号特征的判识方法梁瑞涛;张晓晖;屈武【摘要】为了自适应获得舰船尾流的有无信息以及距探测器的距离信息,基于海上采用激光探测目标船尾流所获得后向散射光信号的曲线特征,运用极小值筛选法对去噪平滑后的舰船尾流后向散射光信号进行了处理,准确获得了舰船尾流的有无信息以及距探测器的距离信息.同时,研究讨论了海上所测得的信号去噪后,与水体后向散射光信号按照最小均方误差准则进行拟合相减获得的纯尾流后向散射光信号,构造了纯尾流后向散射光信号的简单模型,并通过对其进一步的处理获得了尾流厚度相关信息.这一结果对尾流信息的判识是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P497-501)【关键词】傅里叶光学与光信号处理;舰船尾流;极小值筛选;后向散射【作者】梁瑞涛;张晓晖;屈武【作者单位】海军工程大学,光信息科学与技术教研室,武汉,430033;海军工程大学,光信息科学与技术教研室,武汉,430033;海军91388部队,湛江,524022【正文语种】中文【中图分类】O438.2引言尾流标注了舰船在水面运动的轨迹，在水面停留几十分钟，其长度可达几千米。
尾流的这一特征为探测、识别和跟踪提供了一种可能。
后向光尾流自导以其抗干扰能力强、作用距离远、命中率高等潜在优点而成为鱼雷非声自导研究领域中的热点问题[1-4]。
后向光尾流自导的核心技术是探测目标船气泡尾流的后向散射光，目标船尾流后向散射光信号中包含了尾流特征的重要信息，如有无尾流信息、距探测器的距离信息和尾流厚度信息，同时，通过进一步深入的处理，可大致获得探测器距离目标舰船的信息以及目标舰船的速度信息等，因此,控制下一步动作的关键在于对舰船尾流后向散射光信号进行识别和判断。
参考文献[5]中运用了矩形窗峰值分析算法。
该算法运用矩形窗口来对回波数据滑动处理，并设置了矩形窗高度和负向峰值阈值两个参量，在同时满足矩形窗口内的最小值小于负向峰值阈值、该最小值与矩形窗口两端数据的差值均小于矩形窗高度时，认定该最小值为负峰所在的极值点。
基于L1自适应着舰纵向控制与特性分析李煜;刘小雄;李吉宽;李刚【摘要】考虑到舰载机着舰在最后阶段受到舰尾气流的不利影响;因此,为了提高舰载机着舰控制系统的鲁棒性,提出一种基于L1自适应控制的纵向着舰控制律设计方法;首先,对舰尾流进行分类并将其转化为控制系统的干扰模型,通过分析舰尾气流特性来构建与之相对应的L1自适应控制律结构;然后,基于L1自适应控制方法设计纵向自动着舰控制律,其中包括设计状态观测器、L1自适应控制律、低通滤波器和自适应律,并且对设计好的系统进行了稳定性分析;最后,讨论不同尺度风速的舰尾流对自动着舰系统的影响规律,并且采用“单因素方差分析法”对不同舰尾流环境下的着舰点进行分析;仿真结果表明不同风速下的舰尾流对着舰精度存在一定影响规律,并且所设计基于L1自适应纵向着舰控制律具有较强的自适应性和抗干扰能力.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2018(026)012【总页数】5页(P120-124)【关键词】L1自适应控制;自动着舰;舰尾流;飞行控制【作者】李煜;刘小雄;李吉宽;李刚【作者单位】西北工业大学自动化学院,西安710072;西北工业大学自动化学院,西安710072;空军试飞局,西安710089;空军试飞局,西安710089【正文语种】中文【中图分类】V2490 引言由于海浪和舰尾流等环境因素对舰载机会产生极大影响，这会严重影响舰载机的着舰精度和成功率。
因此，在着舰最终阶段舰载机必须克服由海浪引起各种舰尾气流所带来的不利影响。
这些影响因素的存在就对舰载机着舰控制系统的快速性和抗干扰性提出了更高的要求。
L1自适应控制方法通过引入低通滤波器将快速自适应与鲁棒性解耦，能够保证系统在实现快速自适应的同时保证良好的鲁棒性。
因此，基于此方法来设计舰载机纵向自动着舰控制律能够很大程度上地抑制舰尾气流对其造成的不利影响。
L1自适应控制方法最初是由Cao Chengyu和Naria Hovakimyan2006年在美国控制会议上提出[1]。
·编者按·“无人船艇自主性技术”专辑·编者按无人船艇作为经略海洋的重要载具和平台，将人类从繁重和危险的海事任务中解脱出来，已在海洋资源勘探、海底形貌测绘、近海安全巡查、海洋牧场运维等领域得到广泛应用。
总体来讲，无人船艇的核心技术是利用先进智能手段提升其自主性，包括环境感/认知、目标识别、自主决策、智能控制等。
近年来，人工智能、新一代通信技术等迅速发展，为无人船艇自主性技术发展提供了新机遇，但同时面临新挑战。
《中国舰船研究》“无人船艇自主性技术”专辑由大连海事大学王宁教授发起，并与编辑部共同组稿、约稿。
该专辑共30篇论文，其中3篇为综述论文，27篇为研究论文，内容涵盖了无人船艇智能识别与感/认知、自主路径规划、自主避碰/避障、自主控制、自主离靠泊、最优学习控制、编队集群、典型任务自主作业、面向任务/环境的自主系统等关键技术。
智能识别与感/认知技术：无人船艇通过环境/态势感知，实现服务于安全航行的目标检测、跟踪、导航定位等功能。
“面向水面无人艇的船舶舷号识别方法”提出基于目标检测的单模型船舶舷号识别方法，通过改进目标检测模型，提高全类平均精度指标；“遮挡环境下基于航海雷达的舰船目标跟踪方法研究”提出遮挡环境综合概率互联（IPDA ）算法，实现遮挡环境下航海雷达目标检测与跟踪，在目标被遮挡时仍可有效维持跟踪系统的稳定性，避免航迹断裂；“多特征融合的无人艇视觉目标长时相关鲁棒跟踪”设计基于支持向量机的水面目标重识别机制，提出基于多特征融合的长时相关鲁棒跟踪算法，有效解决恶劣海况下的目标脱靶问题。
自主控制技术：无人船艇运动控制自主性是确保航行任务高效完成的关键保障。
“变输出无模型自适应无人艇艏向控制方法分析”和“基于非线性修饰和零阶保持器的船舶航向保持控制”针对船舶航向保持问题，分别提出无模型自适应控制、双曲正切非线性修饰零阶保持控制方法；“基于二型模糊控制的无人艇航向航速控制系统设计与试验”面向航向航速耦合控制，提出基于二型模糊控制算法的航向航速控制器；“基于输入饱和的欠驱动水面舰艇预定义时间跟踪控制”针对轨迹跟踪控制问题，采用自组织神经网络技术，提出考虑输入饱和的预定义时间跟踪控制方法；“带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制”结合反步法设计和动态面技术，提出带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制方法。
