基于改进小波阈值去噪的深度学习水下目标分类

由于海洋环境噪声复杂,噪声等级高,水下待识别目标信噪比低,从而造成了特征提取困难,目标识别率低的问题。基于此,文章提出了基于改进小波阈值的深度学习水下目标分类方法。此方法在传统小波阈值去噪的基础上提出了一种新的小波阈值函数,对于所采用的具体阈值将其与分解尺度相联系,从而实现降低背景噪声,提升水下目标分类识别率的目的。此方法对实测舰船辐射噪声信号进行小波分解,提取每一层的高频小波系数并对其进行处理;对处理完的信号再提取时频特征,最后将其输入后续的深度学习网络中。实验结果发现：在利用原有数据集情况下,利用基于改进小波阈值的深度学习进行水下目标的分类识别,采用卷积神经网络算法可达到88.56%的分类识别率。对前述实验结果进一步分析后,采用生成对抗网络的方法扩充数据样本,可达到96.673%的分类识别率。     

基于圆柱近场声全息的水下声源定位实验验证

为提高水下航行器的声隐身性,或者减少其对海洋环境的噪声影响,噪声源的定位与识别对于制定合理的控制方案具有重要的工程价值。同时,对水下航行器的声辐射特性进行评估和管理是其升级和使用过程中不可或缺的环节之一。近场声全息技术利用在船体表面附近测量面测得的声压数据,采用声场变换方法,既可反向重建辐射声源面声场从而定位船体上的噪声源,也可正向重建测量面外部声场从而预测远场声辐射。通过OROS水下声全息软件展示如何利用NAH进行声源定位和远场预测,该软件是目前市场上唯一的水下近场声全息解决方案。考虑到水下航行器以圆柱体结构居多,本文开展了圆柱近场声全息的实验研究,得到了准确的辐射声场信息,验证了该方法的准确性和有效性,为圆柱近场声全息技术的水下工程应用提供参考。     

起伏背景下目标噪声线谱检测与频率估计

针对传统的水下目标辐射噪声线谱检测与频率估计方法所存在的不足,提出一种起伏背景下的水下目标辐射噪声线谱检测与线谱频率估计的方法。通过对观测数据的预处理,滤除目标辐射噪声起伏趋势项,再分别使用FFT方法和修正的Newton-Raphson迭代法来实现对目标辐射噪声线谱频率的粗略估计和精确估计。仿真结罘表明,该方法计算量较少,提高了检测概率和频率估计精度,且频率估计值的均方根误差较传统的周期图方法更接近Cramer-Rao界。     

基于柱面近场声全息的水下航行器辐射声场重构

为了解决水下航行器这种柱形噪声源的定位与识别问题,采用柱面近场声全息技术,研究了辐射声场重构。利用声场仿真分析验证采用该方法进行声场重构的正确性,并对测试过程中基阵测试距离、全息面阵元位置误差以及相位误差对声场重构精度的影响进行分析。最后开展了水下航行器舱段模型的柱面近场声全息试验研究,得到了舱段内部电磁激振器的水下辐射声场和位置信息,验证了该方法的可行性和有效性。     

水下航行体热尾流数值预报方法研究

研究了水下航行体红外隐身性等问题，提出了一种可对水下航行体热尾流进行数值预报的方法。在已建立了水下热尾流数学模型及海面热尾流红外辐射大气传输模型的基础上，采用几何投影的方法，确定机载红外成像器件焦平面上各个探测像元所对应的海面辐射区域，进而计算出探测器焦平面上每个探测像元所接收到的红外辐射能量，最后根据每个探测像元所接收到的红外辐射能量绘制伪彩色红外图像。按此方法在WindowXP平台上选用Vc＋＋6．0结合FLUENT及MODTRAN等专业软件，建立数据库，编写了仿真程序，可以对水下航行体的热尾流进行数值预报。     

基于形状相似度的水下目标识别算法

在水下声纳图像目标检测与识别中,水下目标的识别问题是关键技术之一。基于形状相似度的概念,提出一种新的水下目标形状分类算法。首先对检测到的水下目标阴影区域进行规格化处理,采用改进的形状上下文方法对常见水下目标形状进行分类识别。与传统形状上下文方法相比,改进后的算法具有旋转不变性和模板自适应更新能力。通过对球形、圆柱形和圆台形三类目标的阴影区域进行仿真分类计算可知,该方法具有仿射不变性,分类准确率较高。     

非主轴宽带辐射噪声测量线列阵的性能仿真

对采用线列阵系统的水下大型结构的辐射噪声测量原理进行了讨论,分析了测量的要素,对非主轴方向上的目标辐射噪声测量进行了建模,给出了非主轴方向的宽带波束形成方法。通过计算机仿真,得到了主波束宽度、阵元数和阵增益之间的关系,并对计算机仿真结果进行了比较,该结果对浅海条件下的线列阵水下大型结构辐射噪声测量具有一定的指导意义。     

管路-船体耦合振动及水下声辐射研究

充液管路广泛的应用于船舶冷却、输水等多个系统,其振动与水下声辐射一直是学术与工程中的研究热点。基于阻抗综合法,利用耦合点处力与位移的连续边界条件,采用管路解析公式、船体有限元数值计算、管路支撑测试数据三者相结合的方法对管路-船体耦合系统进行振动与水下声辐射工程预报。该综合方法被应用于一个复杂空间管路-船体耦合模型,并与有限元模型结果对比验证了该方法的正确性。     

基于集合经验模态分解的舰船辐射噪声能量分析

利用集合经验模态分解方法研究舰船辐射噪声的特征参数提取及分类,对预处理后三种不同类别舰船辐射噪声进行能量分析,讨论其高低频能量差特征参数。计算不同类别、一定样本数量的舰船辐射噪声高低频能量差发现,同类舰船高低频能量差基本处于同一水平,不同类型舰船高低频能量差存在明显差异。结果表明,利用集合经验模态分解方法提取的舰船辐射噪声特征参数对舰船类别具有较好的可分性。可为水下目标信号探测及识别提供参考。     

PSO_SA算法在水下结构激励力源识别中的应用

提出一种识别水下弹性结构内部激励力源的匹配场处理方法,建立基于辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群模拟退火融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体作为研究对象,对声压传递函数进行了数值计算,针对激励力源识别匹配场处理方法进行了数值仿真分析;在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体结构振动与辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行匹配处理,搜索最优力源强度,并以该搜索结果进行了圆柱壳体辐射噪声预报。仿真结果与试验结果均表明,这种方法可以有效的针对结构内部的力源强度进行分析排序;同时,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

应用三次B样条函数插值的边界元法计算结构振动声辐射问题

本文通过在边界元方法中采用三次Ｂ样条函数作为插值形函数，对结构振动声辐射的计算进行了研究。并以脉动球作为算例，对其辐射声场中的有关声场参数进行了计算。通过将计算结果与理论解进行比较，结果表明：即使在边界剖分比较粗的情况下，利用该方法计算结构振动声辐射问题在较宽的振动频率范围内，也能给出良好的计算精度。     

随机振动结构声辐射的统计边界点法分析

文章利用作者提出的统计边界点法,对随机振动结构声辐射的计算进行了研究。文中详细地介绍了统计边界点法,并以随机振动球为例,计算了其在表面振速功率谱密度函数分布已知情况下的随机声场,并与解析解以及统计边界元法的计算结果进行了比较。结果表明：该方法与统计边界元法相比,在边界剖分相同的情况下,能够在相当宽的振动频率范围内,给出更加满意的计算结果。     

复合层合矩形板水下声辐射解析计算

基于一阶剪切形变理论(FSDT),建立四边简支矩形复合层合板水下声辐射解析模型,采用一种基于定积分的方法计算板表面流载声压,以提高辐射声阻抗的运算效率。为验证算法的正确性,将所得结果与数值计算方法进行了对比。1阶剪切形变理论计算结果也与经典层合板理论(CLPT)的计算结果进行了比较,指出其在计算复合层合板声辐射时的优势。最后分析了跨厚比,铺层角度等参数对声辐射的影响,为结构噪声控制提供参考。     

双层圆柱壳振动传递及近场声辐射特性研究

水下加筋圆柱壳体振动和声辐射是近年来研究的一个热点问题。文章从实验和数值计算两个方面,对水下加筋双层圆柱壳的振动传递及声辐射进行了研究。实验模型表面敷设了隔声去耦材料,分为四种工况:双壳全敷设、内全敷设、外全敷设、外部分敷设,对单频激振时内外壳体间的振动传递以及各工况下的近场声压进行了分析。结果表明,托板在内外壳的振动传递中起着较大的作用,内外壳全部敷设隔声去耦材料对抑制振动和声辐射最有效。为了减小托板对振动及声辐射的影响,提出了复合托板结构,即在托板上添加方钢结构,并对含复合托板的圆柱壳声学特性进行了数值研究,表明方钢在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射。     

基于声固耦合法的双体船水下近场噪声特性研究

基于声固耦合法,建立双球壳结构及双体船结构水下噪声数值预报模型,对双球壳结构及双体船结构在单侧及双侧潜体受激下的水下近场噪声特性进行分析。研究表明,潜体结构会对双体船水下近场噪声特性产生较大影响,在特定的潜体间距、声波频率之下,潜体之间区域会出现噪声亮点,从而使双体船水下近场噪声特性异于单体船舶。     

圆柱绕流近壁面处气动噪声源识别研究

对物体高速行驶下的气动噪声现象的认识和描述一直以来都是气动声学领域探索的基本问题和难点问题,尤其对物体近壁面处声源的产生及其声辐射缺乏有效的描述手段。该研究以圆柱绕流为研究对象,结合数值仿真手段,基于涡声方程的声源项描述圆柱绕流近壁面处的声源特性,建立声源识别方法。研究表明,该方法描述的声源存在不该有声源的位置出现声源的现象。研究进一步基于质点振速的矢量波动方程,将不能辐射噪声的源分离,较为准确地识别出了圆柱绕流气动噪声源的大小和位置。该研究在探索识别圆柱绕流气动噪声源方法的同时,也为准确识别气动噪声源特征提供了有效的方法。     

水下高速活动目标辐射噪声模拟器的设计与实现

水下活动目标辐射噪声模拟技术被广泛应用于水下目标信号源生成、目标识别算法研究、声呐训练模拟设备和水声对抗设备研制等领域。为了给这类研究工作提供快速、便捷且有效的测试方法,文中利用水下高速运动目标的航行参数及其辐射噪声级,建立了一个数学模型用于计算目标通过一个相对固定测量点时接收到的辐射噪声级,据此设计并实现了水下高速活动目标辐射噪声模拟器。该模拟器采用人工方式设置工作参数,由嵌入式计算机在线加载,实时计算后产生航行辐射噪声模拟信号,最后通过水声信号发射机进行声输出。实验表明,该设计合理可行,满足使用要求。     

水中板声辐射的声功率模态分析

由于水中结构的振动声辐射要考虑流体加载效应,因此水中结构声辐射的模态分析也与空气中的有所不同。基于辐射声功率的二次型表达式,采用有限元和Rayleigh积分耦合方法,对板结构的水下声功率模态进行了计算分析研究,通过辐射效率、模态振型和辐射声功率等探讨了其特点。结果表明以激励力为变量、考虑了结构阻抗的水下声功率模态具有各阶模态声辐射独立、低频时前几阶模态(特别是第1阶模态)的声辐射占主导地位、模态辐射效率峰值和模态振型物理意义清楚等特点,在水下结构振动声辐射的分析和控制方面有一定实用价值。     

基于有效线导纳的单筋圆柱壳振动声辐射分析

周向激励下加筋圆柱壳体振动和声辐射特性的研究是预测水下航行器壳体噪声的关键环节。基于有效线导纳理论和有效线导纳对简单圆柱壳体分析的基础，建立周向激励下单筋圆柱壳体的受力模型，得到振动响应计算公式，并对单筋圆柱壳体的振动响应和声辐射功率级进行实例计算和分析。计算结果表明：壳体表面加强筋处的局部振动响应得到有效抑制，幅度可降至原来的1％，但对整个壳体结构声辐射影响较小，功率仅降低1％左右。同时表明有效线导纳的理论能够正确有效地对周向激励下加筋圆柱壳体的振动响应和声辐射进行预报和分析。     

The Sound Radiation Characteristic from Un-baffled Rectangular Plates

The sound radiation characteristic from un-baffled rectangular plates is studied in this paper. Both the pressure jump and the transverse displacement of vibrating rectangular plates are also presented. The sound power level radiated from un-baffled plates is numerically calculated by using a double layer integral representation of the sound radiation pressure and the modal coupling coefficients. Rectangular plates with clamped support and elastically support encountered frequently are calculated as numerical experiments. The sound power level radiated from baffled rectangular plates with the same boundary conditions are also calculated in numerical experiments for comparison. From the viewpoint of energy, average velocity square of un-baffled and baffled rectangular plates with␣different boundary conditions is also calculated respectively. The relationship of sound radiation efficiency between un-baffled and baffled rectangular plates is also deduced.This Works is supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50075029)