多波束测深系统多子阵检测法的改进及其性能分析

多波束测深系统中,相位检测法是实现超宽覆盖测量的关键技术之一。分析了分裂子阵相位检测法和多子阵检测法,并基于对子阵结构的分析,改进了多子阵检测法,给出了多子阵检测法输出信噪比的表达式,讨论了子阵结构对输出信噪比的影响,在理论分析基础上选择了三种子阵结构对海上试验数据进行了处理,验证了分析结果。处理结果表明,在优化参数基础上,多子阵检测法不但可实现多波束测深系统的超宽覆盖,而且可改善系统对海底的检测性能。     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

MSB-CAATI算法在多波束测深系统中的应用

计算到达角瞬态成像技术(CAATI)是多角测深侧扫声纳(MSBSS)采用的高分辨方位、幅度联合估计技术。本文将CAATI技术扩展到多波束测深声纳(MBBS),提出了一种新的多子阵波束域CAATI(MSB-CAATI)算法。仿真实验证明了该算法与CAATI技术相比具有更高的估计精度和更低的分辨力门限。海试数据的处理验证了MSB-CAATI能很好地应用到多波束测深系统中,使其兼备了FT(傅氏变换)和CAATI各自的优点,能在整个条带宽度内同时获得高分辨力的海底地形和地貌信息,且不易受到低信噪比和复杂地形环境的影响。     

基于空间平滑的多波束测深声呐相干分布源方位估计

在多波束测深声呐的工作环境中,若海底反向散射信号不满足点源假设,方位估计精度将严重下降,而基于分布源模型的方位估计算法可以适应这种环境。目前,大多数分布源算法要求分布源之间不相干,有人提出采用Toeplitz方法估计相干分布源,但该方法精度不高并且忽略了角度扩展参数。为解决多波束测深声呐相干分布源的方位估计问题,提出了基于空间平滑的广义MUSIC方法,公式推导证明了算法的有效性,通过计算机仿真给出算法方位估计的精度以及不同信噪比条件下的性能,最后采用多波束测深系统的实验数据对算法进行了验证。     

多波束测深中声速剖面的分层EOF自适应重构

在海水性质变化剧烈地区利用重构声速剖面进行多波束测深时,传统的经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions,EOF)方法在阶次选取时未顾及声速浅水的复杂性和深水的平稳性的特点。针对传统EOF方法存在计算量大、精度低等问题,给出了一种声速剖面EOF重构中分层阶次的确定方法。根据常梯度声线跟踪计算深度,在满足0.25%倍水深限差的要求下,统计有效波束比,采用自适应方法确定出合理的阶次。实验结果表明,该方法相较于传统EOF重构声速剖面测深的阶次选取方法,降低了运算量,提高了精度。     

多波束条带测深系统中正交信号的获取技术

本文针对多波束条带测深系统，提出了一种优化的数字希尔伯特（Ｈｉｌｂｅｒｔ）变换方法，来获取幅度和相位严格平衡的正交信号。给出了理论分析过程和实时产生多路正交信号的基于流水线操作的硬件实现结构。湖上实验表明了这种方法的有效性以及工程实现的简单可靠性。     

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。     

姿态稳定的深水多波束测深系统归位模型的误差分析

为了获得高质量的深水多波束测深数据,必须考虑归位计算过程中的误差影响.因此,提出了一种基于姿态稳定的深水多波束测深系统归位模型的误差分析方法.首先,建立发射全姿态稳定、接收横滚姿态稳定的波束归位模型,在此基础上,分析归位过程中的误差分量并推导误差传播公式,最终得到了深水多波束测深系统不确定度的计算模型.实验利用系统的传...     

基于测深侧扫声呐的DOA估计算法研究

针对测深侧扫声呐进行波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计时会受到阵元幅度、相位误差及低信噪比影响的问题,提出一种改进的波束域加权子空间拟合算法。首先,采用总体最小二乘-旋转不变子空间算法进行回波方向预估计;其次,将连续线阵划分为多个子阵,并将各个子阵在预估计方向做加权波束形成;再次,采用加权子空间拟合(Weighted Subspace Fitting, WSF)算法构造代价函数;最后,采用阻尼牛顿法求解得到高精度的DOA估计结果。仿真结果表明,文中所提算法在阵元出现幅度相位误差条件下的角度估计均方误差相对于WSF算法减少了约0.03°。海试数据分析结果表明,文中所提算法的测深点均方误差整体优于WSF算法,其相对测深精度提高了约9.8个百分点。以上分析结果表明,文中所提算法整体优于WSF算法,可以实现在阵元幅度相位误差及低信噪比情况下的高精度DOA估计。     

一种基于横摇稳定的多波束测深方法

针对阵列姿态变化造成深水多波束测深声纳测深误差问题,给出了一种基于横摇稳定的多波束测深方法。其基本思路是利用姿态数据实时地改变接收波束相控角,使得合成波束指向角稳定在较小的变化区间内,确保了波束形成后信号来自有效的波束宽度覆盖范围。通过发射时刻三维姿态和接收时刻横摇姿态解算得出波达时刻对应的合成波束指向角,进行声速修正和归位计算得到最终测深点的深度与位置。MATLAB仿真和实际海试数据处理结果表明,该方法能够获得期望方向附近的海底脚印覆盖并且达到较好的精度。     

目标联合状态类型密度表示的跟踪门技术

大多数传统的跟踪门技术仅使用目标的运动学量测信息,在多目标、多杂波跟踪场景中会导致较大的关联不确定性。考虑到属性传感器可以获取目标的类型信息,提出了基于目标联合状态类型概率密度的跟踪门方法。首先给出目标状态与类型的联合概率密度表示,从而导出以类为条件的跟踪门构建方法。为了适用于实时的非线性跟踪系统,门限的计算采用了基于仿真的算法。场景 1显示如果目标的量测预测密度为偏斜函数时,基于仿真的门限算法可以获得最优的跟踪门;场景 2为地面编队目标的跟踪过程。与使用传统的跟踪门相比,以类为条件的跟踪门技术在很大程度上提高了目标量测到航迹的关联率。     

一种无需乘法器的光斑质心定位方法

光斑质心定位在光学精密跟踪和精密测量中是一项关键技术,其精度和速度直接影响了光学测量的精度和响应速度.在实际应用中,往往把灰度重心法与图像预处理方法结合起来,以提高光斑质心计算的可靠性.运用图像预处理技术有效地抑制了噪声的影响,同时也会消耗大量的逻辑资源.针对在资源受限的条件下采用灰度重心法计算光斑质心的问题,本文提出了一种无需乘法器的光斑质心计算方法,用加法运算代替乘法运算,使用递推方法完成质心计算所需的低阶矩的运算.该方法的硬件仅为5个累加器,结构简单,能够以更低的资源消耗实现光斑质心定位.通过并行技术和流水线技术,其工作频率达到515 MHz.实验证明:本文的结构在FPGA内实现,在100 MHz的工作频率下,完成一帧质心计算的延时为0.35μs,误差与传统质心方法一致,占用214个Slices,其资源消耗仅为常规灰度重心法的50%.     

人体微小管状血管血液流速自动测量方法研究

提出了一种基于视频图像序列的人体微小管状血管血液流速自动测量方法.在提取血管中心线时采用基于图像帧序列方差的种子点自动选取方法,设计了基于Hessian矩阵的血管中心线提取的迭代算法;提取血管中心线后,根据连续帧图像的中心线灰度统计曲线,计算出血液流速.结果表明:该方法测量速度快、精度高,与专家测量结果之间的相关系数为0.901 4.     

大型回转双驱动传动系统性能监测技术研究与应用

在大型回转双驱动典型设备一翻车机传动系统性能监测技术研究中,基于频率跟踪相位差测量扭矩新算法,设计了一种新型转矩转速测量仪,设计中采用了虚拟仪器技术,使仪器具有灵活、可自定义、强大数据处理和分析功能、易于嵌入数字补偿等特点,实现了机械传动系统扭矩和功率的自动测量。文中介绍了该测试系统的结构、功能和系统的软硬件构成以及它们的实现方法。这种测量方法以灵活的软件功能代替固化硬件,提高了系统的可靠性和测量精度,为大型回转双驱动机械设备主传动系统动力监测的自动化、智能化提供了新的技术手段。     

二维多光束干涉图特征信息的提取

较详细地阐述了一套新的运用于激光波长测量中对图像数据中特征信息的提取方法。由于是二维干涉图进行处理。所以处理过程基本上分为图像预处理阶段的图形增强和二值化、条纹图形细线化的预处理及细线化,以及图形标注和数据处理,与其它方法相比,采用这种处理方法,测量精度高,在测量速度方面也能满足实时处理的要求。     

Optical Absorption Measurements in Particle-Containing Ambients Using Gated Ratiometric Detection

We demonstrate a ldquotrading time for signalrdquo approach for the measurement of species-specific optical transmission, in ambients rich in particulates, using the example case of a turbulent fluidized bed reactor. The method is introduced on the basis of Monte Carlo simulations, as well as analysis of experimental data, of beam propagation for a range of path lengths, and particle concentrations. In a particular embodiment for relative propane-concentration measurements, data is acquired only during gated time intervals of partial beam occlusion detected in real time. The digitized data streams from the signal and background beams is processed by algorithms performing gating, digital balanced detection, and dual wavelength ratiometry. This combination, implemented on inexpensive programmable hardware, results in at least an order of magnitude improvement in sensitivity.     

土壤界限含水率自动检测系统设计研究

为了解决传统土壤界限含水率检测中存在的需人工现场操作、耗时久、数据采集困难、数据传输实时性差等问题,设计了一种土壤界限含水率自动检测系统。该系统以西门子S7-200PLC为控制核心,由传送带、正方体容器、搅拌容器、电子秤、抹平系统、圆锥仪和加热箱等组成,使用MCGS组态软件进行数据监控,并采用采样烘干法测定含水率,液-塑限联合测定法测定液、塑性指数。实际应用中,该系统能够完成自动搅拌、多组数据同时测定和数据实时传送,基于含水率和液、塑性指数实现土体的分类以及地基土承载力的估算。该系统具有自动化程度高、操作简单及成本低廉的特点,能够广泛应用于各种土壤界限含水率的测定,对农业工程的设计和实施具有一定的参考价值。     

一个基于LIC的矢量场可视化算法的改进

线性卷积分(LIC)是矢量可视化中的一个强有力的工具。自从1993年被介绍以来,已广泛应用于计算机艺术和科学可视化领域。在LIC计算过程中,流线跟踪是一个很重要的步骤。传统的流线跟踪多采用欧拉积分方法,但该方法计算较复杂,有时会出现积分发散。作者根据矢量场的变化程度,动态地修改积分步长,采用一种变步长的积分方法对矢量场进行流线跟踪。实验结果表明,改进后的算法取得了满意的效果。     

新型脉冲网络分析仪在T/R组件测试中的应用

论述了新型脉冲矢量网络分析仪窄带检波技术的测试方法和自动控制方法，介绍了实现T／R组件脉冲高功率测试的两种硬件配置。详细论述了网络分析仪接收机中频门设置的原理，总结了中频门的硬件实现方法；并通过数控移相器的测试数据分析了被测件响应时间和中频门延时设置之间的关系，提出了中频门参数的设置方法。这些测试方法成功地应用于有源相控阵雷达讯组件的测试。     

压力开关自动校准方法研究

为了解决由压力开关检测时间延迟所引起的测量误差,设计了一种基于压力开关切换误差的循环逼近比较的自动校准方法。研究影响压力开关自动校准的机理,构建循环逼近比较模型,确定了压力开关的切换误差与压力变化率的函数关系;通过模型方案,搭建自动校准系统,利用闭环反馈,实时调整压力变化率,获取切换值。实验结果表明:该自动校准方案减小了校准过程中压力变化率和延迟时间的影响,测量重复性提高了50%。