浅海多波束动态聚焦近场波束形成实现方法

讨论了一种动态聚焦波束形成实现方法,将聚焦波束形成的焦点时间结构与基阵空间结构相关联,得到时变焦点的高精度聚焦波束形成输出。通过实验数据的分析和处理,验证了方法的有效性。     

基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF：Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。     

相控阵多普勒计程仪的相控波束形成

多普勒计程仪采用相控阵进行声波信号的发射和接收,不仅能够大大缩小换能器的体积,提高计程仪的适装性,还能依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿,所以在低频段获得了较多的应用。首先介绍了一维线阵波束形成的基本原理,然后分析了一维线阵的波束形成,获取多普勒计程仪发射波束及接收波束的方法,最后利用自制平面相控阵的水池测试结果与理论计算进行对比,结果表明,自制的相控阵满足多普勒计程仪的使用需求,为宽带大深度多普勒计程仪的制作奠定了基础。     

特征波束形成及其模拟实验研究

本文论述一种新的波束形成方法——特征波束形成。对于完全空间相关的平面波信号,基阵协方差矩阵的特征值集中。但在许多实际情况下,波前只有部分相关,从而造成协方差矩阵的特征值分散。本文对完全相关和部分相关的波前信号都进行了处理,研究了DOA(信号到达方向)估计和产生瞬时波束输出波形的问题,并给出了计算机模拟实验结果。     

频域波束形成的FRFT实现

介绍了一种常用的分数傅立叶变换的快速算法,并将该算法应用于宽带声呐频域多波束形成,与直接计算方法和一些近似计算方法相比具有明显的优势,不仅速度快而且结果与直接计算相同。     

宽带波束形成在定点DSP上的实现

阐述了宽带波束形成算法在定点DSP上实现时需要考虑的问题,讨论了定点方式实现矩阵特征值分解和非线性运算。比较了宽带常规波束形成（CBF）和宽带稳健自适应波束形成（RCB）算法的定点和浮点实现结果,给出了快速实现和验证定点数字信号处理算法的方法和步骤。通过计算实际数据验证了这些方法的正确性,可以有效提高在定点DSP上开发复杂数字信号处理算法的效率。     

模波束形成及其Robust处理

声源被动测向和定位属于水声学中的逆问题。利用浅海水声环境中传播波的简正波特性，将平面波波束形成的概念加以推广构成模波束形成，可以实现声源定位（深度和距离）或改善两维搜索条件下的信号检测能力。本文论述了这种方法，并给出了常规和最佳模波束形成的计算机模拟实验结果；模拟实验的基阵数据，分别来自对模程序产和的声场和实际声场的采集。文中还研究了实际环境条件下可能出现的模型失配及其对两种模波束形成的影响，以及相应的Robust处理问题。     

声呐盲波束形成的神经网络实现方法

本文首先对两种盲波束形成的方法进行了分析。针对这类方法计算量大,不利于实时实现的缺点,并结合水声环境和水声信号的特性,提出了两种盲波束形成的神经网络实现方法。一种方法采用在线学习的T-H神经网络,盲估计波束形成的权矢量;另一种方法采用离线学习的径向基函数(RBF)网络实现盲波束形成。由于神经网络的并行性和非线性的特点,使得盲波束形成的运算速度得到了明显的提高,易于工程上实时应用。     

相控阵ADCP编码信号相移波束形成

相对于活塞式声学多普勒流速剖面仪,相控阵声学多普勒流速剖面仪的换能器体积大大缩小,并且依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿。利用窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪系统进行编码信号的发射与接收,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的设备性能。首先介绍了相控阵ADCP的波束形成方法,然后分别介绍了相控阵的相移波束形成和时延波束形成原理,对编码信号相移相控波束形成情况下,相控阵发射和接收信号波束开角进行了对比,并对作用距离、测量精度、系统复杂度等系统性能进行了分析。分析结果表明:窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪可以进行编码信号的发射和接收,能够提高系统的空间分辨率和测量精度,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的性能。     

水下球面阵的多波束形成研究

首先建立了多阵元球面阵的简化模型,研究其多波束形成的特点,然后对实际模型进行实验研究,结果表明,由于各种误差的影响简化模型和实际模型有一定偏差,但在误差允许范围内,可以直接应用理想模型的权值对实际球面阵进行加权.     

电磁成形技术的最新进展

电磁成形是目前应用最广泛的高能率成形方法之一.综述了成形磁场力的求解方法及解决电磁成形问题的3个主要方面内容,包括磁场、磁场力及变形,阐述了电磁成形工艺的成形方法及研究现状,列举了大量的国内、外工艺应用及研究成果,介绍了电磁成形工艺的最新应用--电磁校形、粉末压实,并展望了电磁成形技术的发展前景.     

FPGA超声相控阵高压发射精确延时设计

针对超声相控阵高压发射精确延时的关键技术,利用普通电压升压产生高压脉冲(负脉冲)发射,设计一种高压发射电路的精确延时电路.通过分析二极管高压钳位、相控阵发射聚焦、高压发射模块电路原理,应用FPGA软件聚焦方式改善发射电压、聚焦延时、上升脉冲等性能指标.FPGA仿真结果表明:钳位电路可对幅值为-100V的原始发射信号进行稳定钳位,发射脉冲上升时间＜10ns,可明显改善发射信号的精确性和准确度.     

基于滑动平均的等间隔线阵逆波束形成

逆波束形成算法与常规波束形成相比具有较高的方位分辨力和阵增益,抑制噪声能力强,但其旁瓣却较高,因此采用峰值统计信息作为输出。这样解决了高旁瓣下信号检测的问题,但却丢失了功率谱密度信息。本文在分析逆波束形成算法高旁瓣起因的基础上,提出了用滑动平均抑制旁瓣的方法。仿真分析结果表明,滑动平均方法在保留逆波束形成算法高分辨力的基础上,有效的抑制了旁瓣(第一旁瓣下降了2dB～3dB)。因此,可以采用传统的方法进行输出,以保留功率谱密度信息。海上试验数据的处理结果进一步验证了滑动平均方法的优点。     

多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

紧凑型多路激光合扩束平台技术研究

紧凑型高精度高可靠性多路激光合束与扩束结构的设计在工程应用中具有非常大的价值.在此背景下创造性地提出一种对基准平台进行分体式铸造,将短、中、长三波段多个激光器安装于长宽高分别为1 280 mm、990 mm、815 mm的舱内小空间及具备空间位置调整的紧凑型结构设计方案.对某型激光合扩束主体结构进行了设计,同时对部分重要部件进行了有限元静力学分析.在该平台中各路激光器沿激光出射方向的角度调整量均大于±30′,平台总质量为600 kg.该过渡基准平台系统在承载转台负载的前提下,其受力最大应变量为0.005mm.这表明该结构完全能够满足这种激光器的小空间合扩束及调整要求,该方法可以推广到其他光路合束结构设计中.     

板料成形中韧性断裂准则应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法,进行了综述和分析。指出利用韧性断裂准则,不但能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化。利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以应用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以应用到一步有限元逆算法中。为了准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的韧性断裂准则。     

Extension to the blind hole drilling technique for residual stress determination with airabrasive hole forming

For an austenitic clad ferritic steel plate it was necessary to determine the residual stress state between the austenitic surface and a region below the austenitic/ferritic interface.
The thickness of claddings was 6 mm and to determine the stress variation between the surface and 8 mm an incremental analysis is required. Any material removal en masse in conjunction with small hole residual stress measurements would have resulted in a stress redistribution and hence a distortion in the stress field being measured. In conjunction with strain change measurements on the other face the sensitivity would not have been sufficient. These two options assume that a thin layer of material over relatively large areas can be removed by a non-stress inducing technique.
A blind hole residual stress measurement using a 13 mm diameter hole 13 mm deep will facilitate accurate incremental analysis to a depth of 8 mm.
The end mill method of hole forming cannot be used with stainless steels because of the random damage effect which is induced in the readings. The airabrasive method which induces no damage effect was used.
The standard airabrasive method of hole forming produces a 2 mm diameter and a 2 mm deep hole.
The modification of the standard airabrasive system is discussed which enables 13 mm diameter and 13 mm deep holes to be formed.
A deviation from the standard hole/gauge layout geometry has been investigated due to non-availability of suitable standard rosettes, and a significant increase in sensitivity has been obtained.
The incremental stress results for the austenitic layer and the austenitic/ferritic interface are discussed using the results from 1.6 mm, 3.2 mm and 13 mm diameter/deep holes.     

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.     

Distribution of lead in lead-containing aluminium alloys obtained by liquid phase co-spray forming technique

Liquid phase co-spray forming (LPCSF) technique was employed to produce Al-Pb and Al-Si-Pb alloys to show that it is possible, using this technique, to distribute lead into very fine-sized particles in Al/Al alloy matrix at low melt temperatures. Microstructural studies were carried out to explore the mechanisms governing lead distribution in the matrix of the alloys during processing. Results showed that, regardless of the alloy compositions and experimental conditions, the microstructures of the preforms exhibited great similarity, i.e. less uniform distribution of Pb particles in the base region, and uniform distribution of fine Pb particles in the equiaxed region. During LPCSF process, the behaviour of Pb droplets was similar to that of ceramic particles, except that the shape and size of liquid Pb phase varied corresponding to local solidification condition.     

固态拖线阵和液态拖线阵的试验分析

拖曳线列阵声纳以低频、大孔径等特点而受到关注。作为湿端的主要组成部分,拖线阵的发展也比较迅速。由于应用较早,液态拖线阵技术已经比较成熟。相比于液态拖线阵,固态拖线阵具有自身的特点,因此近年来对固态拖线阵的研究也逐渐增多。为了比较两种成阵工艺对拖曳线列阵性能的影响,进行了湖试,通过对湖试数据进行分析,比较两种拖线阵中阵元一致性和拖线阵波束形成性能的差异。结果表明,在阵元一致性方面,液态拖线阵和固态拖线阵的性能基本相似;在波束形成性能方面,静态时两者性能无明显的差别;在拖曳状态下,固态拖线阵对拖曳时产生的噪声敏感性低,因而具有更好的波束形成性能。