基于插值矩阵技术与二维空间平滑法的近场相干声源识别研究

在研究插值矩阵技术与二维空间平滑法两种方法的基础上,将两者进行结合,提出了一种对近场相干声源进行识别的方法。首先通过插值矩阵技术把实际阵列接收到的近场信号转换为形式上的远场信号,然后通过二维空间平滑法求出阵列的平滑协方差矩阵,再由平滑协方差矩阵得到给定方向向量对应的信号功率,实现二维相干声源的识别。算例表明,该方法比传统的波束形成能更准确地定位出声源的位置。     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。     

特殊环境下非接触式定位系统的设计

为了实现对狭小、光线昏暗的封闭空间的目标进行非接触式定位,本文拟采用多狭缝光栅成像,狭缝间距不等,采用线阵CCD图像传感器接收光信号并转换为电信号输出,根据目标所在位置以及传感器相应的输出数据构造母板和子板,经过算法分析以及模板匹配从而得到目标的二维坐标位置信息.本文模拟实际测量环境与器件,构建数学模型,并通过MATLAB进行仿真.结果表明该方法可以准确地得到目标的二维坐标位置信息,从而验证了该方法在理论上是具有可行性的.     

一种适用浅海声源的多阵列直接定位方法

针对水下传感器网络系统中的声源定位问题,提出了一种适用于浅海声源的多阵列直接定位方法。该方法根据简正波理论建立阵列接收模型,并根据各阵列接收数据建立联合似然代价函数,最后利用遗传算法进行多维搜索,直接获得声源二维位置估计。仿真结果表明,该方法的声源定位误差小于传统的分步定位方法的定位误差,在较高信噪比时的定位误差稳定在50 m内。该方法通过多阵列联合直接得出声源位置估计,避免了传统分步定位方法中二次估计误差的引入,从而提高了声源定位的精度。     

土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸,通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz,模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法,在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号,待地质体内岩石破坏发出次声信号,计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置,通过求两两直线间最短距离线段方程,获得N-1个中点坐标,最后求各中点坐标的质心,预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号,布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号,采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。     

基于单模光纤的微操作机器人系统标定方法

提出了用牛顿环中心位置标定微操作机器人坐标系的新方法.将单模光纤输出的准球面波与平面波干涉产生牛顿环,根据牛顿环在二维标尺上的位置确定光纤输出端的二维坐标.与平面波垂直的另一路平面波与准球面波干涉以确定光纤输出端的第三维坐标.将光纤夹持在被标定部件上,分别标定各部件的机械轴所确定的坐标系与标尺坐标系的变换矩阵后,由矩阵运算得到各坐标系之间的关系.测量精度为亚微米量级.标定时,图像质量不受显微物镜景深的限制.     

修正局部Crank-Nicolson方法对二维非定常对流扩散方程的应用

本文利用修正局部Crank-Nicolson方法求解二维非定常对流扩散方程.首先,将二维非定常对流扩散方程转化为二维非定常热传导方程.其次,将二维非定常热传导方程转化为常微分方程组,利用指数函数的Trotter积公式近似该常微分方程组的系数矩阵并将其分离成分块小矩阵及Crank-Nicolson法求出结果,从而推出二维非定常对流扩散方程的修正局部Crank-Nicolson方法.所提方法具有计算量少,精度较高,无条件稳定的显著优点.最后,利用数值实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,所提方法能够得到与真解吻合的计算结果,因而具有很好的应用价值与推广意义.     

计算二维矩形声腔传递矩阵及传递函数的声源模型探讨

计算二维矩形声腔传递矩阵的点源模型已在实际工程中取得了广泛应用，但是点源模型本身的奇异性使得传递矩阵的计算不精确。首先全面分析了线声源和面声源模型的声压收敛情况，证明线源和面源可以用来计算传递矩阵。然后详细讨论了点源和面源模型计算传递函数的区别，得出结论：面源模型更适合用于二维模型计算传递矩阵，收敛更快，可以消除点源模型计算的奇异性；点源模型可以计算体积流量的传递函数，但是计算压力传递函数会引起较大误差，这时需要用到面源模型。     

精确的炮弹定位方法——非线性最小二乘法

利用非线性最小二乘法建立模型，用MATLAB求解并进行灵敏度分析。得到炮弹精确的坐标位置。利用该方法能够精确解算出弹道。     

四元十字麦克风阵声源定位算法研究

为对声源进行精确定位,该文设计一种基于广义互相关法时延估计的四元十字麦克风阵的声源定位算法。推导目标声源的方位角、俯仰角以及距离的计算公式,搭建实验和仿真平台,将该算法运用于平面声源定位中进行验证。采用LabVIEW软件进行算法的三维空间仿真实验,通过对各麦克风采集信号进行相关分析和处理,实现声源的定位,测试该系统在实际应用中的性能。二维平面定位实验结果声源距离的误差范围在0.01～0.02 m之间,距离偏差百分比误差范围在5.5%之内,仿真结果坐标与实际声源坐标的结果误差范围在10%～15%,该系统的坐标偏差误差在7%之内,距离偏差百分比误差范围在4%之内。搭建实验平台进行三维空间定位测试,实验结论表明,距离偏差百分比低于9%,表明该系统对声源定位速度较快,误差在合理范围内,精度理想,能够比较准确地对声源进行定位。