基于改进双向双边测距的超宽带定位技术及应用研究

针对飞行时间(time of flight,TOF)定位速度慢的问题,提出一种改进双向双边测距方法,结合距离差测量,只需一次测距就可以实现移动节点到多个固定参考节点的测距,进而提高TOF定位速度。设计超宽带(ultrawideband, UWB)定位实验系统,完成改进双向双边测距实验验证与定位精度测试,经测试定位精度达到分米级。改进的双向双边测距方法可提高传统TOF定位的定位速度,同时将该方法应用于过山车测速并结合卡尔曼滤波进行数据处理,为精确测量提供一个新角度。结果表明,采用四基站时定位时间约为原定位时间的1/4,能够较好地测量高速运动物体的速度,具有很好的应用前景。     

声速测量探头的研制

本文介绍了一种声速测量探头的工作原理、影响测速精度的因素及提高测速精度的措施。     

基于激光诊断的分子标记示踪测速技术研究进展

随着飞行器速度的不断提升,高超声速气流流动理论、高超声速燃烧流场分析、飞行器空气动力学特性等研究的重要性日益凸显。目前常规的速度测量方法在面对高超声速复杂流场环境时受到的限制越来越明显,需要研究新的技术以满足流场内精确速度测量需求。分子标记示踪测速技术因其非侵入、无跟随性限制等优势正在成为研究热点。本文阐述了纳秒激光分子标记示踪测速技术、飞秒激光分子标记示踪测速技术的基本原理、主要参数和工作特点,分析了这些技术在测量中所面对的挑战,并对其在科学及工程领域中的应用前景展开了讨论,为推动高超声速复杂流场环境速度测量技术发展提供借鉴。     

基于DSP技术的皮带秤速度测量装置的实现

针对电子皮带秤中速度传感器极易损坏的问题,对双通道皮带秤的测速方法进行了研究,提出了双通道皮带秤中无测速传感器称重的实现方法。通过对两个通道采集回来的重量信号进行比较分析,采用相关函数与卷积的方法,利用DSP技术计算出皮带秤的运转速度。实验表明,使用该算法,测量速度快,粒度高,成本低,具有较高的理论意义及经济价值。     

低压流场速度测量的不确定度分析

激光多普勒测速技术被广泛应用于流速测量领域。在搭建好的真空气流检测实验平台基础上,运用二维激光多普勒测速仪对真空腔室进行流速测量;为了减小测速系统的测量误差,对真空腔室流速测量不确定度的来源及评定进行了分析与说明,得到了真空腔室流速测量的合成相对标准不确定度和相对扩展不确定度。研究表明:LDV重复性测速和进气量估读引起的不确定度较大,而LDV系统误差和其它因素引起的不确定度较小。研究结果对后期真空腔室流速测量有一定指导意义。     

潜艇多普勒测速系统

本文叙述采用超声测时差和测多普勒频移方法的潜艇多普勒测速系统，这一系统能同时测得潜艇艇速和艇离海底的距离或艇深，有较高的数据率，结合软件的后处理还可计算潜艇相对海底的横向速度和航程，艇速的平均值和均方差以及测量海区的深度。给出了系统构成、方框图和用途。     

基于LDV测速算法的多普勒频率测量不确定度分析和评定

为了明确激光多普勒测速仪(LDV)通过转盘装置校准的低速结果在高速的适用性，分析得到LDV测量流速的不确定度与测量体中的干涉条纹间距和多普勒频率的不确定度相关。由于干涉条纹间距与被测流速无关，则高、低流速测量结果不确定度间的可能差异由多普勒频率算法引入。用基于蒙特卡洛法(MCM)传播概率分布评定测量不确定度的方法分析在不同流速下多普勒频率算法引入的多普勒频率测量不确定度，发现在流速为0.1～340 m/s时，由多普勒频率算法引入的多普勒频率相对不确定度均小于0.03%,且该相对不确定度在不同流速下基本保持不变。流速不同产生的多普勒频率不确定度差异对LDV测速结果的影响小于0.013%,验证了测速算法精度的适用范围。得到了LDV低速校准结果可以应用于高速测量的结论，解决了高流速测量的溯源问题。     

狭窄流道内气体流速的三声道超声测量

为了实现狭窄流道内气体流速的高效、安全且非接触式测量,设计一种低频空气耦合超声波换能器,研制一种信号同步发射、扫描和接收装置,形成三声道多发多收超声测速系统。利用标准毕托管获得狭窄流道矩形测量断面测点流速,结果表明流道内流动较一致。通过调速风机实现5 m/s至30 m/s区间内流速可调,采用反射式2×3超声阵列安装,在不同工况下进行流速测量实验。通过拟合系数对数据修正,正/逆行程结果与标准毕托管比较最大相对误差分别为1.66%和1.85%。该基于超声时差法的超声测速系统和方法可望进一步推广至狭窄流道内二维速度场测量。     

三元阵被动测距在浅海低频条件下的声速修正

声速是三点被动测距方法中影响距离解算精度的重要参数,当声呐系统的工作频率较高时,一般直接使用海水声速。但随着远距离探测声呐技术的发展,声呐工作频率越来越低。浅海波导中传播的低频声信号的相速度和群速度明显不同于海水声速,选取哪个声速项用于距离解算是一个值得研究的问题。通过理论分析与pekeris波导中的数值仿真,确定了三点被动测距解算公式中的速度项应为相速度。仿真结果表明选用简正波相速度用于距离解算能有效降低浅海低频时三点被动测距方法的误差。     

流速和深度范围约束的脉冲相干多普勒声呐波形设计

针对低速水流场速度测量中要求更高测速精度难题,提出了满足测流环境约束使得测速精度最优的声呐波形参数动态设置方法。基于模糊函数和参量估计理论,研究了相干脉冲串信号测速精度与其波形参数的关系,详细分析了流速范围、探测距离和流场分布等环境因素对波形参数取值的约束,利用非线性规划方法得到测速精度最优的波形参数计算方法。实验结果证明了所提波形设计方法的正确性和实用性。     

声速不均匀修正对水声定位系统测距精度的影响

已知动目标水声定位系统的定位误差由测距误差决定。在高精度水声定位系统中测距误差常为0.01m量级。这类系统对于由声速不均匀和声线弯曲引入的斜距误差常采用(全程)平均声速修正,但这种修正仍保留了一定的剩余误差,对此应予认真考虑。为修正声速不均匀和声线弯曲,本文提出采用数值计算二分法解超越方程,按一定精度计算斜距的方法。 实例计算表明,本文的计算方法与程序均正确;要使声速不均匀和声线弯曲计算满足高精度测距要求(小于0.01m),方程根的精度应取为E_p=10~(-4)(°)。对大量不同声速分布斜距的计算表明,当斜距较大时,在进行平均声速修正后保留的剩余误差远大于测距误差。本法可满足高精度定位要求,但有一定的计算量。     

一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用

根据声线分层恒速修正原理和超短基线设备测量的水下温度、深度信息,结合系统海上使用的环境特性,提出一种改进型声线修正新算法进行水下精确测距。该算法通过湖上试验和海上验证,较传统平均声速算法大幅提高测距精度,有效解决了声线在水下复杂环境中曲线传播的难题,提高了超短基线定位系统的水下测距及定位精度。     

基于温度补偿的超声波测距设计

根据超声波测距的基本原理,结合温度传感器对声速参数进行了修正,使得系统在不同环境下都能达到比较精确的测量要求.系统具有存储、显示功能,测量准确度高,性能稳定,可应用于各种无接触的距离检测系统中.     

超声波流量计基本原理及应用

超声波流量计基本原理及应用南京自来水公司赵钢南京上元门水厂郑世宁很久以来，人们一直在研究利用声波测量液体的流速。但在一般情况下，被测的液体流速在每秒数米，而液体中的声速约１５００ｍ／ｓ，流速带给声速的变化量至多不过是１０－３数量级，在工业计量中，当测...     

超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量

为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息，研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法，应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置，在0～40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号，使用峰谷拟合法获得流速，其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法，开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。     

微机化超声波气体流量计的研制

超声波在气体中传播的声速随气体流动速度的变化而变化，通过测量管道上斜向对置的一对换能器间超声沿气流顺向和逆向传播的声速差，可以求出两换能器间气流的线平均流速，进而根据换能器放置角度和管径求得管道内气流的面平均流速及流量。和其它流量计相比，微机化超声波气体流量计具有简便，正确，无流阻，无压力损失，不受气体成分变化，对低频脉动气流及大管径大流速气体流量都能进行正确测量等独特的优点。本文将简要介绍微机化     

基于相关法的医用超声耦合剂实时测量系统

声速和衰减是医用耦合剂的关键参数,对超声仪器的临床诊断相当重要。相关方法是测量两个相近波形之间时差的重要方法,"波形不变性"原理是相关测速的基本工作原理。基于相关方法,利用虚拟示波器在PC上构建了一个实时医用超声耦合剂测量系统。该系统通过USB接口对虚拟示波器进行控制及数据传输,并利用Windows系统的多线程工具对软件进行了优化,实现了实时测量、计算和显示。对几种耦合剂样品进行了测试,并对结果作了处理和分析,从而实现了生产过程中超声耦合剂的声速和衰减的在线检测和控制。     

双向多普勒阻挡筒组合探头法定量测量血流速度

具有定量测量绝对流速的功能,是对多普勒仪的迫切要求。而对于能够同时分别输出正、反两个相反方向流速信息的双向多普勒仪来说,实现定量测速的困难更大。 常见的定量测速方法有:a)双多普勒法[1],它需要对整个线路加倍,而双向多普勒本身已有两个通道的线路,若再加倍,则在工艺要求、调试、成本及体积上都会碰到不少问题;b)一般的多晶片组合法[2][1],它有着测量结果依赖于被测血流所处深度的缺点;c)设置入射角法[2],它要求探头的发射声束、接收声束与血流的轴线共面,而且声束-血流测量平面始终保持不变。 为此,我们在所研制的F-1型单边带直接…     

双光束激光多普勒测速实验系统的不确定度分析

激光多普勒测速技术被广泛应用于流体速度的测量。为减小双光束激光多普勒测速实验系统的测量误差,依据计量技术规范JJF 1059—1999 中规定测量不确定度的分析步骤和方法,针对系统的测量结果,从数学模型和测量方法2个方面,分析了流速测量中不确定度的主要来源。采用不确定度的A类评定和B类评定,对测量结果的各不确定度分量进行评定,得到了测量结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。     

空间激光雷达信息测量计算机仿真

空间交会激光雷达的任务是对空间动态目标的距离、速度以及方位等信息进行跟踪式测量。提出采用模拟插入脉冲计数法测距,幂函数族基于最小二乘曲线拟合微分法测速,四象限(QD)光斑定位法进行方位角测量。在Matlab/Simulink环境下,对采用该方法的脉冲激光雷达信息测量系统进行了计算机仿真,得到了与理论值相吻合的仿真结果。结果表明,采用该测量技术的脉冲激光雷达是可靠的。