为了解超大型无人潜航器的声目标强度特性，以“虎鲸”（Orca）超大型无人潜航器为研究对象，系统分析1～10 kHz频段内的目标强度特性。

基于Orca模型，分别采用有限元法计算1～3 kHz频段内、采用板块元法计算3～10 kHz频段内的目标强度，并与Benchmark模型进行对比，提出角检测率是可以更全面评价无人潜航器隐身性能的指标。同时，在水箱环境开展缩比模型实验，提出实验测量目标强度的修正方法。

初步掌握了Orca模型的目标强度特性，通过对比Benchmark模型发现，Orca模型在周向方向上具有更好的隐身性能，在高频段的环向方向上也具有一定优势，并且随着频率的升高，其优势更加明显。针对水听器与换能器之间的距离不满足远场条件的情况，通过对实验测量目标强度进行修正，即可与仿真值更加吻合，验证了数值仿真结果的正确性。

研究成果可为水下探测系统优化及无人潜航器隐身设计提供理论参考。

针对多无人潜航器（UUV）编队在复杂水下环境中面临的编队保持与灵活避障难以同时实现的难题，提出一种能够自适应队形变换的全局路径规划方法。

基于仿射变换框架，将多UUV系统的协同路径规划问题映射至二维平面仿射参数空间进行求解。首先，采用一种改进的快速搜索随机树^*（RRT*）算法进行前端路径搜索，该算法通过整合快速探索与迭代优化阶段、加权KD（k-dimensional）树、混合采样机制以及自适应采样参数调整，实现初始仿射状态序列的高效生成；然后，利用基于B样条曲线的后端优化器，采用梯度下降法最小化一个综合考虑轨迹平滑性、UUV运动学可行性、环境碰撞安全性以及自适应编队缩放代价的目标函数，优化得到连续光滑且满足多重约束的仿射参数轨迹。

湖上试验结果表明，所提规划方法能够生成安全、可行的编队路径，能成功引导多UUV编队穿越模拟的狭窄障碍区域，且UUV的实际速度和加速度均满足设定的可行性约束。

所提的基于仿射变换的全局规划方法能够通过自适应队形变换为航行于复杂障碍场景下的多UUV编队提供安全可行的编队路径，实现多UUV编队的安全航行，同时，也能显著提升海洋无人潜航器的自主性与环境适应性，对推动海洋无人装备技术的发展和实际应用具有积极意义。

针对水下声呐成像过程所面临的高强度噪声和大目标障碍物结构特性，以及实时水下避障任务对感知算法轻量化部署和高推理效率的严苛要求，提出一种低计算成本和短时推理特性的声呐图像语义分割算法，以应对避障需求下感知算法中计算复杂度与实时响应效率之间的矛盾。

基于编码器−解码器网络结构，通过引入轻量化卷积操作以显著降低计算复杂度，并针对避障场景将大核可分离注意力引入到跳跃连接中。通过对真实采集并标注的6936张声呐图像进行训练与对比，以及在Gazebo仿真平台中对基于感知算法的避障策略进行验证。

改进后的算法针对性地提高了大目标分割精度，相较基础模型，计算量和参数量分别降低69.2%和83%，同时推理时间减少22.6%，感知精度提升10.8%。仿真实验验证了感知算法在避障过程中的有效性，可充分满足基于前视声呐水下避障场景下的实时感知任务需求。

所提基于声呐图像的感知算法可有效满足水下机器人机载场景下的避障需求，具有良好的工程应用前景。

旨在开展深海钛合金圆柱壳内爆失效机制及冲击特性研究。

首先，自主搭建深海内爆试验平台，开展深海高压环境下钛合金圆柱壳的水下内爆试验；然后，自主开发可压缩多相流模块求解水下内爆流场的高速运动，采用显式非线性有限元法求解深海高压钛合金耐压结构坍塌时的失效动态响应，分析钛合金圆柱壳内爆过程中的流固耦合机制、多相介质中非对称冲击波演化规律、结构非线性动态响应与能量平衡的关系。

结果显示，长径比为2的钛合金圆柱壳呈现出一阶模态失稳坍塌形式，且先后两次形成内爆中心；随着静水压力的增大，首个内爆中心发生显著的迁移效应，钛合金圆柱壳失效模式逐渐由向内挤压变成向内卷曲，破碎形态从“弓”形转变成“M”形。

研究成果揭示了深海钛合金圆柱壳的内爆失效机制及冲击特性，对深海耐压结构内爆评估及防护研究具有重要的指导意义。

为解决自主水下航行器（AUV）在复杂水下环境中自主对接精度不足的问题，提出一种基于多特征融合的视觉导引方法。

依托实验室自主研发的四桨无舵矢量推进型AUV，使用暗通道先验去雾算法进行图像增强，结合改进的Canny边缘检测与颜色阈值分割实现多特征融合，利用最小包围圆法进行圆心定位，通过坐标系转换解算相对位姿完成对接。

Unity 3D仿真和水池实验结果表明，均值差和均方根误差均呈现随对接距离接近而减小的距离相关性，距离越近，视觉测距越准确，对接精度越高，对接距离小于2 m时位姿精度误差小于5 cm，总体对接成功率为88%。

所提方法满足AUV自主对接任务中对接精度要求，为水下装备自主回收提供了高鲁棒性的解决方案。

旨在研究跨介质飞潜器水下直航和回转运动过程中的运动特性和流场特性。

基于计算流体力学数值模拟技术，并利用VOF多相流模型和SST k−ω湍流模型建立飞潜器水下航行数值计算模型。通过对比潜艇模型（DARPA Suboff）在不同航行速度下的总阻力试验结果和数值计算结果对数值方法的有效性进行验证。在此基础上，分别对飞潜器水下直航和回转运动过程进行数值模拟和分析，重点研究导管螺旋桨推进器旋转速度和尾鳍偏转角度对飞潜器水下直航和回转运动的影响。

结果表明：飞潜器水下直航时，航速与螺旋桨转速近似呈线性关系，如螺旋桨转速从600 r/min增加到4 800 r/min时，航速相应从1.1 m/s提升至8.1 m/s，同时负值俯仰力矩随螺旋桨转速增加而增大，但绝对值逐渐减小（俯仰力矩从−0.35 N·m提升至−0.17 N·m），表明高速航行时能够保持稳定姿态，螺旋桨转速对表面压力系数分布以及流场结构几乎不产生影响；飞潜器水下回转时，其回转半径的大小主要受尾鳍偏转角度的影响，几乎不受螺旋桨转速的影响，回转半径随着尾鳍偏转角的增大而减小（回转半径从3.35倍飞潜器长度减小到0.75倍），但减小趋势逐渐变缓，而飞潜器回转航速会受到螺旋桨转速及尾鳍偏转角的综合影响，两侧螺旋桨推力均随着螺旋桨转速和尾鳍偏转角的增大而增大，回转轨迹外侧螺旋桨推力始终大于内侧，两者差额也随着尾鳍偏转角的增大而增大；飞潜器回转过程中，尾鳍偏转引起的飞潜器回转运动导致其表面压力分布呈现明显的非对称性特征，随着尾鳍偏转角度的增加，飞潜器表面压力分布的非对称性特征逐渐明显，这种非对称性特征与其周围流场的非对称性流动密切相关。

该研究可为飞潜器构型设计及水下航行性能分析提供参考。

为了提升自主水下航行器（AUV）的综合作业能力，针对其与拖曳式回收坞站（TRD）对接过程中的碰撞问题展开系统研究。

基于动力学分析，在ADAMS-MATLAB联合仿真平台建立含接触碰撞的仿真模型，系统分析初始工况对对接碰撞的影响。针对由碰撞引起的姿态扰动，提出多阶段协调控制策略。

仿真结果表明，偏心角和偏心距的增大会延长对接时间，对碰撞力峰值影响有限，而提高相对初始速度则可缩短对接时间，但会增大碰撞力峰值；对母船加速度的研究进一步揭示了碰撞力与效率之间的复杂关系；所提控制策略通过主动姿态调整，可在保证对接效率的同时使碰撞力峰值降低14%～72.2%，有效优化了动态对接过程。

所做研究可为AUV拖曳回收系统的设计与稳定性控制提供可靠的仿真基础与设计依据。

旨在探究陶瓷耐压结构在深海极端环境下的内爆冲击载荷特性及热力学机理，提出基于压力−速度−温度平衡的可压缩多相流模型及自适应网格细化（AMR）算法的深海陶瓷耐压结构内爆数值模拟方法。

首先，运用所提方法实现冲击波的准确预报及流场的精细化捕捉，并开展陶瓷耐压结构水下内爆试验，以验证数值方法的有效性；然后，通过万米级陶瓷耐压结构内爆数值研究，揭示内爆冲击载荷及热效应特性；最后，开展不同水深及水温下陶瓷耐压结构内爆数值研究并分析其影响规律。

研究结果表明，深海陶瓷耐压结构内爆会向外释放冲击波，并在气体被剧烈压缩中产生显著热效应；随着环境压力的增大，内爆冲击波超压峰值系数减小，衰减速率加快；环境温度不会显著影响陶瓷耐压结构的内爆特性。

该研究揭示了深海陶瓷耐压结构内爆特性，对水下内爆的评估与防护研究具有积极的理论意义和工程价值。