基于最小二乘法和克里金插值的三维温度场重建

为了提高三维温度场声学CT法的重建精度,提出了最小二乘法和克里金插值相结合的重建方法.采用最小二乘法获得一个由少量像素描述的温度场,运用克里金内插和外推运算获得整个被测温度场的细致描述.典型的单峰及双峰三维模型温度场的重建结果及误差分析表明,克里金法的内插和外推精度优于普遍采用的三次样条法.最小二乘法和克里金插值的结合,可有效克服最小二乘法像素数需少于声波路径数给温度场细致描述带来的困难,能实现复杂三维温度场的高精度重建.     

近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果.     

多球形虚拟源强PNAH声场重建精度的影响因素分析

为了进一步提高Patch近场声全息数据外推精度,研究采用多球形虚拟源强的布置方法进行全息数据外推,该外推方法具有实施简单、外推精度高的特点,并通过数值算例验证了该方法的有效性。在利用多球形虚拟源强进行声场重建时,由于多虚拟球的布置方式的不确定性,为了更好地提高重建精度,必须要分析声场重建精度的各种影响因素,通过理论分析和数值仿真,从而获得提高重构精度的规律。     

水中柱面宽带近场声全息技术的实现

基于声强测量的宽带声全息技术(BAHIM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项新技术,它由全息面上互相垂直的2个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理.针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,推导了全息重构公式在有限空间范围上的离散算法,对算法实现和滤波等关键技术进行了研究,并利用所编制的程序进行了仿真验证.该文的研究为BAHIM技术应用于在水中柱体辐射声场的重建噪声源识别和定位提供了方便.     

声全息测量基阵的设计与研制

对用于近场声全息（NAH）技术，测量大型声呐发射阵近场全息声压分布的线型水听器基阵，进行设计，研制，全息测量阵设计和研制的关键问题是它应能得到声场中复数声压（振幅和相位差）的真实数据，给出场中正确的声压全息面。本文估算了所设计结构的支撑架和水听器基座声散射对阵上水听器测量全息声压的影响；分析对基阵结构的加工工艺要求和提出如何实现这些要求的措施，实验结果表明设计的这套四分之一水型水声扫描线阵的阵元测量数据可靠，适用于大型声呐基阵NAH技术，并为大型全息测量线阵设计提供基础。     

基于扰动声场的水下入侵目标检测方法

提出了一种利用水下入侵目标所引起的扰动声场来检测水下入侵目标的方法.针对浅海发起恐怖活动的主体一般为水下蛙人、机器人等小目标,建立了基于有限长弹性圆柱体的目标散射声场模型,并结合基于射线理论的浅海虚源声场模型,建立了入侵目标引起的扰动声场模型.利用滑动平均周期图法估计信号的功率谱,提出了基于频域加窗功率谱极大值数的目标检测算法.湖上试验结果表明,在当时的水声环境中,提出的方法能以75%左右(若改变检测门限,检测概率可达85%左右)的检测概率探测到水下入侵目标.     

相位共轭法进行水下圆柱壳辐射声场的识别研究

为了研究水下工程结构辐射声场的识别问题,基于相位共轭方法采用离散阵元对水下有限长圆柱壳的辐射声场识别进行了数值仿真计算.采用不同的阵列形式分别在近场和远场对圆柱壳表面声压、法向速度、辐射声功率和声强进行了识别及重构误差分析,并讨论了激励频率变化对重构结果的影响.数值计算结果表明:只有在近场采用圆柱形阵列形式并基于声压梯...     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

三维温度场声学CT重建中的声波路径选择

为了优化三维温度场声学CT重建系统,对声波路径的合理选择进行了仿真研究.将20个声波收发器布置在长方体被测区域的周围,分别考虑了4种声波路径选择方式,保留了非重复的所有路径、去除了长方体棱边上的路径、去除了长方体侧面上的路径和去除了长方体表面上的路径.用相对误差、均方根误差等指标,评价了温度场的重建质量.结果表明,声波路径的选择方式对温度场重建具有明显影响.合理地选择声波路径,可以降低声学CT法温度场重建的误差和计算量.     

水下声强测量技术在近场测量中的应用研究

通过用声强测量系统对水下大型结构体进行了辐射噪声声功率的测定以及噪声源的识别和定位的实验。介绍了声强测量技术在水下近场测量中的应用，并讨论和分析了实际测量结果，给出了声强分布的伪三维图和等值曲线，并计算出其辐射声功率的值。结果表明该套声强测量系统和测量方法是可行的。     

基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建

为了提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建算法.利用Markov径向基函数的线性组合逼近被测区域内的声速分布,并使用卡尔曼滤波根据多路径声波飞行时间数据重建出声速分布,进而利用声速与温度的关系得到温度分布.分别采用Markov径向基函数Tikhonov正则化法、最小二乘法和BFAKF算法对4种典型的三维模型温度场进行了无噪声和有噪声仿真数据重建.重建结果表明,BFAKF算法的重建结果优势明显,具有更好的复杂温度场重建能力.     

汽车车外噪声分析预测的声场空间变换方法

以某载货汽车为研究对象,利用近场声全息和声场空间变换方法对其车外噪声进行了分析预测。建立了近场声全息测量系统,开发了声场空间变换分析软件,对被试汽车进行了车外噪声源的测试与分析。对汽车远场噪声特性和车外最大加速噪声进行了分析、预测,通过试验验证了远场噪声预测结果的有效性。并对用声场空间变换方法预测汽车加速行驶车外最大加速噪声产生误差的原因进行了分析。结果表明,在获得近场全息面上噪声测量数据的基础上,利用声场空间变换方法可对远场任意重建面的声场分布特性进行预测,并对形成该平面声场的主要噪声源进行识别,还可以对汽车加速行驶时的车外最大加速噪声进行近似预测。     

基于修正Landweber迭代的声学温度场重建算法

针对不同温度场分布模型,采用修正Landweber迭代技术对其进行温度场重建,介绍了基于声学方法的烟气测温基本原理以及基于Landweber迭代的声学温度场重建算法.根据实际情况,确定了重建算法中的价值函数和迭代步长,使得收敛速度有明显提高,得到了稳定的重建结果.给出了不同温度场分布模型及其重建图像和重建误差.仿真结果表明,即使在声波发射/接收器数目较少时(如8个),该算法仍具有较高的重建精度和抗干扰能力,具有突出优点.     

水下声学温度场测量方法的抗差性研究

传统的最小二乘法不具备抗御粗差的能力.当参与温度场重建的声学数据中包含粗差时,容易导致重建的失败.针对水下测得的声学数据中不可避免地含有粗差的情况,将抗差最小二乘法引入温度场重建.依据飞渡时间计算值的范围,建立飞渡时间数据预处理程序,找出实验数据中的粗差,增加了温度场还原过程的抗差性.实验结果表明,以上措施能在一定程度上抑制粗差对温度场重建结果的影响.     

水下运载器多变量鲁棒输出反馈控制方法

针对存在较大参数不确定性和仅具有位置、姿态测量的水下运载器的六自由度位姿控制难题,提出一种基于自适应平滑增益滑模观测器和多变量积分Backstepping控制器的非线性控制方法.解决水下运载器的鲁棒输出反馈控制问题,使用基于Lyapunov稳定性理论的设计方法保证观测器 控制器系统的稳定性.设计的自适应平滑增益滑模观测器,克服常规滑模观测器中所存在的高频颤振现象,从而获得较平滑的速度估计值.当存在模型不确定性和有界未知干扰时,可以保证速度估计误差以指数速率收敛至较小的球域内.设计的多变量积分Backstepping控制器,可以保证系统的跟踪误差同样收敛至较小的球域内.以浙江大学正在研制的海王号ROV六自由度控制为研究对象,使用所提出的控制方法与传统PID控制器进行对比仿真研究.仿真结果表明,当存在较大参数不确定性、较强未知外干扰和测量噪声时,所提出的控制方法具有较强的鲁棒性能,可以很好地跟踪参考轨迹,获得较好的动态性能和稳态控制精度.性能明显优于常规PID控制器,并且解决了PID控制器所存在的转艏角设定值不能大于90°的问题.     

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.     

边界元计算内外声场耦合及流体目标声散射

为研究水下目标的耦合声散射问题，将声类比边界元技术应用于内声场、并考虑流体目标内外声场的耦合，建立了水下运动流体目标声散射的物理模型和数值方法．对于长圆柱和旋转椭球外型的流体目标，给出了几组声散射数值仿真结果，并和解析方法（变形圆柱法）的结果进行比较；比较结果的一致验证了该方法的正确性和有效性．该方法能够研究任意声波入射条件下复杂外形运动流体目标内外声场的耦合，结合结构的有限元描述，该方法将用于水下弹性结构的声耦合响应分析．     

梯度聚氨酯吸声性能的优化

梯度聚氨酯能够吸收宽带声波，通过大量反复试验测量来优化设计梯度聚氨酯各层材料厚度既费时又费力。因此主要从理论上优化梯度聚氨酯各层材料厚度，使其具有最佳吸声性能。制备了梯度聚氨酯，并在声管中测试其水声吸声系数。用传递矩阵法计算其吸声系数，结果表明计算结果与试验结果一致，由此证明应用传递矩阵法计算梯度聚氨酯吸声系数是合理的。然后根据此数学模型，应用Matlab编辑遗传算法程序优化梯度聚氨酯各层材料厚度。     

基于轮廓线的三维重建方法的研究

在几何造型系统中引入基于轮廓线的三维重建方法作为造型手段的补充是有意义的。实际应用中得到的轮廓线数据集所具有的不同特点,使得三维重建过程中要处理的问题域被分为轮廓线的二维投影域和三维轮廓线整体信息域两种情况。对于轮廓的二维投影域 可以使用 Ｄｅｌａｕｎａｙ 三 角剖分二维任意域的算法来处理,并且在应用中对于原算法存在的缺陷进行了修正,提高了算法的健壮性;处理三维轮廓线整体信息域时,可以考虑使用基于图论描述的组合优化 的求解方法加以解决,在多个 三维重建结果中选择与定义最接近的解,是比较合理的解决问题的思路,方法中涉及优化目标和准则的选择,优化算法的运用以及三维重建结果向现有的几何造型系统使用的数据结构的转化算法等问题     

椭球反射罩聚焦特性实验研究

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高传播距离的有效方法之一,而椭球反射罩的聚能效果最为明显。文章分析了椭球反射罩的聚焦原理,建立了基于水下等离子体声源和椭球反射罩的聚焦声场产生和实验系统;开展了椭球反射罩聚焦声场实验研究,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲波形、峰值压力与声场位置之间的关系,得出了椭球反射罩聚焦声场的分布特性,量化评价了椭球反射罩的聚焦特性。实验结果表明,椭球反射罩聚焦增益大于20 dB,第2焦点处的峰值压力约23 MPa,声压级达267 dB。