相关测速声呐海底回波仿真系统设计

相关测速声呐通过对回波数据的空间相关函数与空间相关函数理论公式进行模型匹配来获得载体速度等信息。回波空间相关函数的主瓣宽度影响载体的速度估计及精度。因此对海底回波空间相关函数特性的研究就显得尤为重要。依据相关测速声呐的工作特点,提出了采用Model-View-Controller(MVC)模式构建相关测速声呐海底回波仿真系统的设计方法,并基于VC 6.0软件开发平台将其实现。建立了友好的系统可视化仿真界面,为回波空间相关函数特性的研究提供了便利的平台。     

用幂基多项式拟合频向函数的几点技巧

提出了用幂基多项式拟合频响函数的几点技巧。运用幂基多项式和最小二乘法对频响函数拟合的计算公式进行了推导,得到了用于问题求解的线性代数方程组,为改善该方程组系统矩阵的条件数,对频率变量和系数矩阵进行了规范化处理;频率变量被规范化到0＝－1的无量纲正实数区域,两个相关矩阵的每列模长被规范为1。然后用奇异值分解的方法求解该方程组,得到拟合频响函数所用的幂基多项式的系数。最后,根据幂基多项式的系数,求出系统的极点和留数,从而识别出系统的模糊态参数,文中给出了一个悬臂梁模拟算例,结果表明本文算法具有较好的计算精度。     

基于加权最小二乘的声相关计程仪速度精确估计

声相关计程仪首先利用加权最小二乘法确定目标函数,然后通过序列二次规划法估计速度。考虑海底混响数据时空相关函数宽度的减小、相关系数点与相关函数中心点间距的增大,都会导致相关系数的均值减小、分布范围增大,此时相关系数在目标函数中对应项的权重也应当减小。在这样的前提下,引入调节参数μ,调节权重函数的宽度,使设备在各个速度下测速相对偏差的一致性达到最优,提高速度估计精确度。调节参数在设备标定与验证试验中确定,不同的设备可能具有不同的调节参数。试验数据证明了该方法对不同声相关计程仪测速精确度的提高都有效果。     

结构动力微分方程的一种高精度摄动解

将结构的位移及速度响应作为状态变量,把结构动力方程转化为状态方程,采用摄动方法求解状态方程,推出一种级数形式的摄动解,同时给出了该文算法的迭代格式和计算步骤。该算法无需对转换矩阵求逆,也无须作指数矩阵运算,仅做矩阵向量相乘及向量求和运算,计算稳定而且效率高,收敛速度快,解的级项数及精度可由允许误差参数直接控制,很容易达到任意精度要求,该方法兼具线性加速法的高效率和精细积分法的高精度,可应用于结构大型稀疏线性动力方程组的求解。最后通过典型算例进一步验证了该文算法的精度和效率。     

微分演化算法在结构参数识别中的应用

基于微分演化算法(Differential Evolution,DE)提出一种新的结构参数识别方法。通过对参数识别反问题转化为一个优化问题,根据实际观测结构响应数据与数值模型系统输出之间的差异建立识别问题的目标函数。利用DE求解该目标函数的全局最小,从而得到最优参数解。DE算法是一种新颖的随机搜索进化算法,通过采取全局优化的策略确保算法得到合理的解。DE算法具有算法简单、编程计算方便、同时收敛速度快、计算结果精度高、和鲁棒性强的优点。通过数值模拟及该识别方法在真实结构参数识别中的应用验证该方法的有效性。     

流体饱和孔隙介质参数反演的模拟退火算法

本文研究了模拟退火算法在流体饱和孔隙介质参数反演中的应用。通过计算响应数据与实测响应数据的拟合将参数反问题归结为最优化问题。由于流体饱和孔隙介质运动方程的复杂性，动力响应与材料参数之间呈复杂的非线性关系，优化目标函数是非凸多峰函数。传统的梯度类优化方法一方面受局部极值的困扰难以搜索到全局最优解； 另一方面确定搜索方向须进行复杂的参数敏度分析。为克服这些困难，本文应用模拟退火算法进行了多参数反演数值模拟，模拟结果表明了模拟退火算法的可行性和稳健性。     

一种运动误差精确补偿的矩阵求和合成孔径成像算法

根据回波数据对波束范围内各目标合成孔径成像的贡献,将其变换为一个图像矩阵,不同回波数据的图像矩阵相干叠加,完成合成孔径处理。首次采用矩阵运算,相比于传统逐点延时求和向量运算,成像效率提高了一倍。提出了一种移位成像运动误差补偿算法,克服了传统补偿算法存在的相位误差方位空变性的影响,实现运动误差的精确补偿。仿真和试验数据处理结果都表明该算法具有成像效率高和运动误差补偿精确的优点。     

基于植被表面的激光测高仪回波波形模型化分析

针对激光测高仪中发射的激光脉冲并不是高斯对称的,并且由于目标物的影响,使用一系列标准高斯函数的和来拟合回波脉冲并不精确,本文提出改变回波分解的取模模型,通过正确模型的选取来改善回波位置的精确度.该方法采用比高斯函数复杂的对数正态函数和广义高斯函数,采用LM非线性拟合算法拟合回波波形.实验结果表明,通过对植被等回波数据的...     

广义多体系统动力学的速度变换矩阵综合法

文中提出了广义多体系统和速度变换矩阵的概念,提出了一种新的加速度变换关系,以带不定乘子的拉格朗日方程为基础推导得到了求解复杂系统动力学问题的一种新方法,即广义多体系统的速度变换矩阵综合法。利用该方法,可根据无耦合广义体的动力学参数和系统的速度变换矩阵直接获得广义多体系统的动力学方程,其中不含拉格朗日不定乘子和约束反力,且方程中逆矩阵求解的维数等于系统的自由度数,因而有利于提高计算效率。该方法主要面向计算机实现程式化的算法,系统的动力方程可以由计算机自动完成运算,从而避免了繁琐的解析推导工作。     

ADSP-BF548在相关测速声呐系统上的应用

相关测速声呐是一种适用于水面航行的船舶或者水下航行的潜器的设备,主要用于获取载体速度信息、流速和海深,与惯导联合可用于载体的导航定位。相关测速声呐基于"波形不变性"原理,通过理论时空相关函数和数据时空相关函数的最小二乘拟合获取载体速度。构建了一套新的基于ADSP-BF548平台的软件控制系统。新系统实现了网络、串口、CAN等通信方式;完成了基于Fat Fs R0.08b文件系统的数据存储功能;动态电源管理可以减小系统功耗,在电池供电时能延长有效工作时间。从系统通信、数据存储、电源管理、系统工作等方面对新平台软件系统的特点进行了介绍。     

A new time-domain narrowband velocity estimation technique for Doppler ultrasound flow imaging. I. Theory

A significant improvement in blood velocity estimation accuracy can be achieved by simultaneously processing both temporal and spatial information obtained from a sample volume. Use of the spatial information becomes especially important when the temporal resolution is limited. By using a two-dimensional sequence of spatially sampled Doppler signal "snapshots" an improved estimate of the Doppler correlation matrix can be formed. Processing Doppler data in this fashion addresses the range-velocity spread nature of the distributed red blood cell target, leading to a significant reduction in spectral speckle. Principal component spectral analysis of the "snapshot" correlation matrix is shown to lead to a new and robust Doppler mode frequency estimator. By processing only the dominant subspace of the Doppler correlation matrix, the Cramer-Rao bounds on the estimation error of target velocity is significantly reduced in comparison to traditional narrowband blood velocity estimation methods and achieves almost the same local accuracy as a wideband estimator. A time-domain solution is given for the velocity estimate using the root-MUSIC algorithm, which makes the new estimator attractive for real-time implementation.     

系统识别过程中参数协差阵的先验估计

系统识别的损伤检测和估计是建立在参数估计上的。当考虑参数的随机特性时,必须对参数的方差和参数之间的相关系数作出估计。本文提出了参数协差阵的先验估计方法,对于同一单元内不同类型的参数,通过将参数分解为一系列统计独立的要素,利用函数协差阵与变量协差阵之间的关系求得参数的协差阵。不同单元的同一类型参数的相关系数通过对检测数据的数理统计或利用工程师的经验得到估计。     

Correspondence analysis and establishment of evaluation model of classification performance indices for a turbo air classifier

The operational parameters of a turbo air classifier including feeding speed, rotor cage's rotary speed and air inlet velocity affect its classification performance directly, such as cut size, classification precision, classification efficiency, fine powder yield, particle fineness and degree of dispersion. Current methods of optimizing operational parameters and improving the classification performance of a turbo air classifier are almost single objective decision only for one of the classification performance indices. In this paper, the multi‐objective programming (MOP) model on classification performance for a turbo air classifier is established to evaluate these performance indices comprehensively and achieve optimal classification performance. To minimize the effect of repeatability within these classification performance indices, correspondence analysis is applied to determine the evaluation indices of this MOP model. According to correspondence analysis on the fine talc classification experimental data as well as the calcium carbonate classification experimental data, there is a very strong correlation between cut size and D90; there is also a very strong correlation between cut size and fine powder yield. Thus D90 and fine powder yield are filtered out and they aren't discussed in the evaluation model. The variation coefficient method is introduced to calculate weights of the evaluation function, and the dimensionless transformation method is used to eliminate the effects of different dimension. Thus, the optimal solution among the experimental data is obtained through solving the evaluation function. For the talc classification experiments, the optimal operational parameter combinations are: the feeding speed is 40 kg · h^–1, the air inlet velocity is 5 m · s^–1 and the rotor cage's rotary speed is 1200 ? min^–1. The classification performance indices are: cut size is 16.5 μm, classification precision index is 0.59, Newton classification efficiency is 57% and degree of dispersion is 2.13. For the calcium carbonate classification experiments, the optimal operational parameter combinations are: the feeding speed is 92 kg · h^–1, the air inlet velocity is 12 m · s^–1 and the rotor cage's rotary speed is 1200 ? min^–1. The classification performance indices are: cut size is 31.4 μm, classification precision index is 0.74, Newton classification efficiency is 74% and degree of dispersion is 1.27. This evaluation model avoids the limitation of evaluation for the single classification performance index and incomplete information got by the means of single factor experiment of operational parameters. It also provides the quantitative evaluating criteria for classification performance of a turbo air classifier, which offers a theoretical basis for effective production. This multi‐objective programming optimizing method and evaluation model on classification performance can be applied to other dynamic air classifiers as well.     

基于遗传算法的高速电机升速过程自学习控制器设计

为获得既快又平稳的高速电机升速过程 ,设计了以单片机为核心的基于遗传算法的自学习控制器。此控制器 ,一方面实时检测样本的指标函数值 ,并根据遗传算法调整参数 ;另一方面增加了一个信息库 ,使遗传算法具有记忆功能 ,从而提高了获得最优参数的速度     

Performance comparison of several optimization algorithms in matched field inversion

Optimization efficiencies and mechanisms of simulated annealing, genetic algorithm, differential evolution and downhill simplex differential evolution are compared and analyzed. Simulated annealing and genetic algorithm use a directed random process to search the parameter space for an optimal solution. They include the ability to avoid local minima, but as no gradient information is used, searches may be relatively inefficient. Differential evolution uses information from a distance and azimuth between individuals of a population to search the parameter space, the initial search is effective, but the search speed decreases quickly because differential information between the individuals of population vanishes. Local downhill simplex and global differential evolution methods are developed separately, and combined to produce a hybrid downhill simplex differential evolution algorithm. The hybrid algorithm is sensitive to gradients of the object function and search of the parameter space is effective. These algorithms are applied to the matched field inversion with synthetic data. Optimal values of the parameters, the final values of object function and inversion time is presented and compared.     

混沌优化法在机械设计中的应用

针对一般的二次载波的混沌优化方法收敛慢的弱点,提出了一些改进的方法.主要是利用当前解的信息,自动改变最优点的搜索路径,能明显提高首次载波寻找最佳点大概位置的速度和效能;同时能更快更精确实现二次载波的精细搜索.将该算法用于一机械设计问题———箱形盖板优化设计计算之中,取得了优于常规方法———Powell法的结果,说明该方法在机械优化设计中具有较好的应用价值.     

整车物流装载方案优化与验证

目的以轿运车使用数量最少为目标研究整车物流中乘用车的装载问题,以降低物流成本。方法建立轿运车混合装载的数学模型,并用枚举法列出混合装载的所有装载方案;筛选装载率在90%以上的方案建立组合矩阵,以此和乘用车的数量类型等作为约束条件,建立求解轿运车最少数量的数学模型;用遗传算法求最优解,并对计算结果进行验证。结果仿真结果表明遗传算法计算得到的最优配载方案与枚举出的最优解相近,但遗传算法计算时间仅为枚举法计算时间的1/200左右。结论用遗传算法对整车物流中乘用车的装载问题求最优方案的方法收敛速度快,计算结果与理论最优解相近,可兼顾计算时间和计算效果。     

注塑成型有限元分析管理和成型工艺优化系统

目的针对注塑成型工艺过程,开发有限元分析项目流程管理和工艺参数优化的集成系统。方法参考企业项目流程,开发项目流程管理模块,使用多元回归拟合配合改进的模拟退火算法进行工艺参数的优化,通过塑料托盘翘曲变形量的优化来验证优化方法的准确性,进行塑料托盘的CAE分析正交试验,使用多元回归拟合试验数据并进行拟合优度检验,分别使用Isight和改进的模拟退火算法进行最优解的求解并对比计算结果,最后对得到的最优参数组合进行CAE分析得到变形量,将变形量与正交试验变形量对比。结果在回归方法中,使用惩罚系数为2的多项式岭回归效果较好,其优度指标R2为0.975,改进的模拟退火算法计算结果与Isight软件自适应模拟退火算法的计算结果基本一致,最优参数组合在Moldflow分析中的变形量为0.6805 mm,与之前的最小变形量0.7436 mm相比更小。结论使用回归拟合配合改进的模拟退火算法开发的工艺参数优化程序能起到较好的工艺参数优化效果。     

大豆蛋白液喷涂粒子速度场的PIV初探

目的选择蔬菜复合纸覆膜成型过程中的最优喷涂条件。方法利用PIV(粒子图像测速)技术测量不同喷涂参数下大豆蛋白液喷涂雾化粒子的速度场分布,并通过数据分析软件Tecplot处理分析喷涂参数对大豆蛋白液喷涂雾化粒子速度场的影响,最终得出喷雾速度场中心轴上和某一截面上速度的变化规律。结果当喷涂气压一定时,喷涂粒子速度随着喷涂液压的增大呈增大趋势,但不是很明显。当喷涂液压不变时,喷涂粒子速度随着喷涂气压的增大呈先减小后增大的趋势。在喷雾场喷嘴中轴线方向上雾化粒子速度从喷口喷出后先急剧增大,随着距喷嘴越来越远逐渐呈现波动变化的趋势,最后趋于稳定。在距离喷嘴300 mm的截面处,粒子速度以轴心处最大,向外沿径向逐渐减小,大体呈对称趋势。结论用PIV技术对大豆蛋白液喷涂粒子速度场进行研究,可为后期蔬菜复合纸覆膜成型提供一个有力的试验数据参考。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法。首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰。声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采用Radon恒虚警率(Radon Constant False Alarm Rate,Radon-CFAR)检测声呐历程累积图像中的目标短时运动轨迹,能够检测到低信噪比的目标。分析了空时归一化处理和检测算法的性能,并通过海试数据验证了该算法的有效性,可以检测到低信噪比的蛙人目标回波。