基于超短基线的水下移动目标定位方法研究

由于传统水下移动目标定位方法存在定位精度低的问题,提出基于超短基线的水下移动目标定位方法。在水声传感网络通信模型的信息采集端,计算出水声传感网络对于目标定位的能力。利用自适应均衡算法辨别水下移动目标的干扰数据,基于自适应均衡算法构建水声传感网络通信模型,计算出冲击响应函数和响应时长的近似度,完成水下移动目标声场扰动量的归一化处理,结合水下移动目标定位算法,实现水下移动目标的定位。仿真结果表明,所提出方法可以通过提高水下移动目标定位精度,提升水下移动目标定位性能。     

UWB-MIMO穿墙雷达三维成像与运动补偿算法研究

该文提出一种适用于超宽带MIMO稀疏阵列的Kirchhoff迁移成像和运动补偿方法。该方法将传统Kirchhoff积分方程引入到MIMO阵列中,并利用后向格林函数替代前向格林函数来解决小阵列大视场的问题。另外,在通过微波开关切换分时复用的方式来采集接收单元回波数据的同时,增加1个参考通道直接采集参考单元的回波信号来估计运动目标的位置变化信息,对MIMO通道的数据进行运动补偿后再进行3D成像,有效避免了因目标运动导致的散焦和成像结果偏移真实位置的问题。     

基于CCD的激光束宽自适应测量算法

为了获取激光束的准确束宽值,模拟了基模和高阶模的高斯光束以及CCD噪声,并根据国际标准ISO11146规定的二阶矩算法计算激光束宽。为减小CCD噪声对测量结果的影响,通过改变积分项以及积分范围,对积分结果进行分析,提出了一种新的自适应方法来确定理想积分范围大小,从而获取准确束宽值。这种自适应方法对CCD噪声有较好的鲁棒性,并可以根据指定精度来确定参与积分的窗口大小范围。利用实际CCD采集系统进行了半导体激光器的M^2因子测量实验,利用该自适应方法确定积分范围,计算激光束宽,并进行曲线拟合求得激光束的M^2因子。结果证明了该种方法的可行性。     

水下扁平结构散射声场计算研究

出于拓展计算频域宽度角度考虑,该文提出一种基于积分方程法和几何衍射法为理论基础的可覆盖水声全部工作频段的水下扁平目标散射声场的宽频域混合计算模型,并以矩形钢板为目标,对其在不同声波入射角度条件下的水下散射声场频域分布开展了定量研究与讨论分析,并得出:两种方法在所求解频域内的计算结果均互为补充,在中频段吻合程度较好,吻合频点与收发位置和结构的几何配置等因素有关;散射声场频域分布特征与各成分波间的相干作用有关.此外,对于钢板这类表面接近刚性的水下结构而言,镜向散射强度普遍强于前向散射.这表明,上述宽频域混合计算模型是可行的和可靠的,求解频域宽度和精度均得到有效改善,这对水下目标散射强度估计和自由场材料声学测试与评估等领域具有重要意义.     

基于振速测量的HELS方法声场重建研究

本文在Helmholtz方程最小二乘法(HELS)的理论基础上,提出水下基于振速测量的HELS方法声场重建模型,并对理想点源声场进行了重建结果分析,仿真结果显示在不同的测量距离上,尤其对于振速重建,基于法向振速测量的声场重建精度高于基于声压测量的声场重建精度;在发射不同频率声波时,基于法向振速测量的声场重建精度变化不大,说明该模型对于频率适应性强;为了分析该模型在实际应用中的性能,加入随机噪声分析,证明了振速模型抑制噪声的能力明显优于声压模型.仿真研究表明了该振速模型的正确性、可行性和重要性.     

高斯展开法计算各向异性介质中的声场分布

声场分布一般使用Fresnel积分或瑞利表面积分来计算.由于这类积分的强烈振荡性,直接数值积分,即通常的广义点源叠加方法(GPSS),计算比较复杂.Wen和Breazeale将声源分布函数表示成一组高斯函数之和,从而场积分简化为一组高斯束函数叠加,避开了复杂的数值积分.Spies等将此方法推广应用到圆形活塞换能器在横向各向同性固体中的声场分布的计算.本文在Spies等人的研究基础上提出了一种计算任意分布矩形活塞换能器在各向异性(横向各向同性)介质中声场分布的方法,突破了以往对于换能器必须是圆形轴对称的限制.这种方法较GPSS更为简单且有效.     

光阑约束超几何激光束的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和圆孔光阑函数展开为有限复高斯函数之和的方法,导出了超几何激光束通过有圆孔光阑约束的近轴ABCD光学系统传输的近似解析表达式,并对其传输特征进行了数值计算和分析。研究结果表明,超几何激光束光强的分布及其衍射效应与光阑的孔径大小、传输的距离以及光束参数等因素密切相关。此外,文中采用的近似解析方法与直接利用衍射积分计算相比,具有更高的计算效率,可以大大节省计算机时。     

宽带声光器件声场仿真研究

该文根据亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理,建立了两片矩形换能器在声光晶体中的声场分布模型,并利用MATLAB数值模拟中心频率为100 MHz的矩形换能器在氧化碲晶体中的声场分布,实现声场可视化。结果表明,与单片换能器声场分布相比,两片换能器的结构使声光器件的布喇格带宽增大了11 MHz。仿真结果为理解声场变化和试验结果提供了理论依据。     

水下多参量信号采集存储系统的设计与实现

为满足水下重要区域的目标探测需求，解决传统单参量信号的特征判别难、系统鲁棒性低等问题，采用多参量信号采集存储系统获取水下多物理场信息。通过对水下电场与水下声场信号的预处理、采集、存储，为信息综合分析提供稳定可靠的数据源，并利用千兆网口实现数据快速传输。通过样机研制和外场试验，验证该系统可以稳定工作，获取水下微弱电场信号与声场信号，实现海洋信息综合感知。     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

自适应邻域选取的邻域嵌入超分辨率重建算法

在邻域嵌入超分辨率重建算法中,训练和重建过程均在特征空间进行的,因此,特征选择对算法的性能具有较大的影响。另外,大多数基于邻域嵌入算法对训练得到的样本库未经测试直接使用,使得邻域选择具有“盲目”性。考虑到特征选择的重要性以及避免邻域选择的盲目性,本文提出了一种新的邻域嵌入超分辨率重建算法。第一步:利用专家矢量场模型估计出输入图像的全局图像;第二步:利用邻域嵌入算法重建残差图像。在重建残差图像的过程中,首先将图像分成若干子块并利用线性滤波器提取特征;然后,将训练图像分成两组,第一组训练得到高、低分辨率重建样本库,第二组对重建样本库测试,得到邻域选择库;最后,自适应的选择输入图像子块的邻域数目,并利用重建样本库重建。仿真实验结果表明,相比其他基于邻域嵌入算法,提出算法可以重建更多的细节信息和锐利的边缘,重建得到的高分辨率图像具有较高的主客观质量。      

不规则辐射面换能器及基阵辐射声场分析

研究了用于声场分析的直接边界元法。采用ANSYS对换能器及基阵进行建模,利用SYSNOISE采用直接边界元法计算了带障板的圆面活塞辐射声场,并与理论值相比较,验证了边界元法的正确性。计算了辐射面外形经过处理的Tonpilz型压电换能器及其不同阵元间隔的4元平面阵的辐射声场和辐射阻抗特性。结果表明,这种计算方法能够为换能器及其阵的设计提供理论依据和参考。     

频域和时域最小二乘法在声场重建中的性能比较

最小二乘法在声场重建中应用广泛,主要分为频域和时域两种实现形式.频域最小二乘法是对各频点上的声场重建误差进行最小化控制,通常需要在各频点进行独立的正则化处理,导致重建滤波器的非因果性,在实际应用中需要引入时延因子.时域最小二乘法是对控制点上的时域重建误差进行最小化控制,对重建滤波器系数进行整体求解,不存在非因果问题.本文利用两种算法仿真了自由场假设下的单目标区域和多目标区域的声场重建问题,仿真结果表明,在滤波器阶数相同的情况下,两种算法在单目标区域声场重建问题中表现相近,在多目标区域的声场重建问题中,时域算法明显优于频域算法.     

浅海中声源激发的波场成分及特性分析

为更好地认识和利用浅海波导中的声场,该文对浅海中声源激发的波场成分及特性进行了研究.提出了能给出浅海中声场全波解的理论研究方法,给出了声场的复积分表达式,并在复平面上利用围道积分对声场复积分式进行求解,得出了浅海中声源激发出的声场组成部分;同时应用高阶交错网格有限差分法对浅海中声场进行数值模拟,呈现出了不同海水深度、声...     

基于压缩传感的红外或毫米波无源高分辨率成像

设计了一种基于压缩传感理论的红外或毫米波无源成像系统。 压缩传感是一种利用稀疏或可压缩的先验信息进行信号获取和重建的技术,它能以远低于奈奎斯特采样率的速率对信号 进行采样,并可实现高精度的重建。针对传统系统的固有缺点设计的上述毫米波无源成像系统,能在压缩传感理论的指导下进行成像。仿真结果表 明,该系统具有良好的成像性能,提高了峰值信噪比,改善了分辨率,并大大压缩了数据存储量。     

直接光强检测方式下激光遥测表面微波的极限分析

得出了在直接光强检测方式下表面微波的最小可探测幅度值,并且分析了最小可探测幅度值分别和探测高度、接收孔径的关系.在直接光强检测方式下,针对水下声场形成的表面微扰现象,通过建立探测系统的一维物理模型进行了理论推算.结论为:直接光强检测方式下表面微波的最小可探测幅度值为0.4244mm.当表面微波幅度超过该值时,探测系统的灵敏度完全满足对水下声场的实时监测要求.     

浅海爆炸声信号传播损失测量方法与验证

介绍了水下爆炸声源信号的处理方法,根据水下声场传播损失计算方法得出实测传播损失。针对2012年于黄海海域进行的一次水声传播及目标估距实验进行处理,并选取波束位移射线-简正波模型对所得实测数据进行了模型验证。     

基于不同格林函数的噪声源定位方法研究

格林函数作为近场声全息算法的传递函数,其傅里叶(Fourier)谱的准确获取是声场高精度重建的前提。该文详细介绍了近场声全息的基本原理,推导了两种格林函数傅里叶谱的获取方法,并通过仿真对水下多声源进行逆向重构定位。仿真结果表明,声源较少时,两种方法的定位误差均不超过5cm,且声源声压幅值对应成比例;当声源数较多时,基于K-空间抽样格林函数具有抑制多声源相干产生的虚拟声源的鲁棒性,更适于多噪声源的定位。     

消声室的纯音自由声场计算及分析

介绍了消声室的纯音自由声场偏差计算原理,引入了3种不同的计算方法,讨论了3种不同方法的区别。并以南京大学消声室的尺寸为例,对不同频率的纯音信号的自由声场偏差进行计算。最后对计算结果进行讨论,指出如果各个频率的吸声系数都是0．99,高频信号的自由声场偏差大于低频信号,因此消声室的吸声要求应更关注高频部分,而截止频率这个指标在消声室的建设中并没有太多的实际指导意义。     

偏振参数最优重构的水下降质图像清晰化方法

针对水体浑浊情况下,水中悬浮粒子对光的吸收和散射作用造成图像模糊、对比度低等问题,提出了一种偏振参数最优重构的水下降质图像清晰化方法。首先,通过局部最小值滤波估算水下背景光图像,引入 Stokes 矢量原理计算偏振度,通过归一化互信息进一步优化偏振度信息,获取成像区域最优的重构偏振参数;其次,采用形态学的方法重建图像自动估计水下无穷远处背景光值;最后,搭建了水下环境模拟平台,通过单通道偏振探测器实时获取水下偏振图像;为了验证算法的有效性,通过三种客观评价指标与其他复原方法进行比较,结果显示算法效果优于其他的水下图像复原方法。