声场计算模型的环境宽容性分析

浅海水声环境容易受到各种因素的影响,导致其环境参数具有很强的不确定性,依据环境宽容性选择快速、精确的声场计算模型是保证后续研究分析正确性的重要前提。以海水声速为例,简述了基于传播损失和声场互相关系数的计算模型环境宽容性分析方法。为定量描述环境和声场计算模型的失配情况,在研究浅海不确定环境对于声场空间相关性影响的基础上,结合水声环境不确定性推理模型,得到声场空间相关半径和传播损失概率分布可信区间,提出利用声场空间相关半径相对值来度量声场计算模型的环境宽容性,同时利用非嵌入式随机多项式展开(NON-Polynomial Chaos Expansion, NPCE)法,结合差值评定方法对得到的环境宽容区间进行验证,结果表明,利用声场相关半径相对值可以定量分析不确定性环境下声场计算模型的宽容性。     

浅海低频声场的水平纵向相关性

基于一次浅海声学实验数据,研究了浅海低频声场的水平纵向相关特性。利用简正波干涉理论,对实验结果中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致,该实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声场中某号有效简正波的一个波节附近,声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化,从而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象,该现象表明在一定条件下声源深度是浅海低频声场水平纵向相关的一个敏感参数。     

典型浅海声场环境中的简正波估计

海洋环境的复杂性和多变性严重影响了水下信号处理系统的性能。若能在信号处理之前辨识出海洋环境参数,并将其融入信号处理框架中,则有希望提高信号处理器的性能,得到更好的滤波、检测、定位和跟踪效果。将海洋环境建模为高斯-马尔可夫模型,利用声速梯度数据和由Kraken模型得到的声压场数据,结合扩展的卡尔曼滤波器算法,实现了对简正波的估计。利用该模基处理方法,可以辨识出简正波的模函数和水平波数,并能估计出基阵所在位置的声压场。在两种典型浅海声场环境下进行的计算机仿真证明了算法的有效性。     

声速分布对浅海低频声场空间相关的影响研究

针对浅海低频环境下水中声速分布对声场空间相关性的影响问题,利用基于抛物方程方法的RAM程序,仿真分析了声场空间相关特性在浅海不同声速梯度、不同阵元间隔下的变化规律。研究结果表明:在浅海低频环境下,正声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越慢,水平纵向相关系数则相反;随着正声速梯度值的增大,垂直相关长度和水平纵向相关长度均呈现剧烈波动。负声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越快,水平纵向相关系数则相反;随着负声速梯度值的增大,两类空间相关长度均缓慢波动。     

斜坡海底对声场水平纵向相关性的影响

利用数值仿真分析和总结了不同斜坡海底条件下声场水平相关性随水平间隔和传播距离的变化规律,并利用楔形简正波理论对海底倾斜引起的声场水平纵向相关变化机理进行了解释.研究结果表明,上坡和下坡地形的声场水平纵向相关性具有很大的差别.与水平海底相比,下坡海底会增加声场水平纵向相关性,上坡海底会减小声场水平纵向相关性.有效简正波之...     

浅海负跃层对声传播影响的仿真研究

0引言夏秋季节,在浅海常常存在强烈的季节跃层,季节跃层对声传播具有重要影响。在负跃层海域,海水可以分成三层,在上层和下层声速随深度变化缓慢,而在中间层变化剧烈。在这种环境下,声传播特性强烈的依赖于跃层的深度、厚度和强度。本文采用浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论[1,2]定量分析浅海负跃层对声传播的     

海水吸收对远距离水下声场计算的影响

低频声波在海水中短距离传播时,海水吸收对声场的影响几乎可以忽略.但是在实际传播中,传播距离可能达到数百甚至数千千米,此时海水吸收会对声场带来较大影响.在这种情况下,如果选用的水下声场计算程序忽略海水吸收,则远距离的声场计算结果会存在明显误差.分别比较了全反射理想波导和深海Munk声速剖面环境下几种常用声场计算模型的结果...     

浅海多途效应对解调谱的影响分析研究

解调谱是反映目标螺旋桨信息的重要特征,理论分析了浅海多途效应对目标解调谱特征的影响,利用简正波理论对浅海声信道建模,仿真分析了不同海洋环境参数及不同调制频率下多途效应对目标解调谱调制深度的影响。     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

基于贝叶斯估计的动载荷识别方法

为了降低测量误差等不确定性因素对识别结果的影响,建立基于贝叶斯估计理论的动力学系统载荷识别方法。首先,根据动力学系统运动方程,利用贝叶斯理论,推导载荷和误差参数的联合后验分布,进而得到载荷和误差参数的边缘概率分布;然后,采用马尔可夫蒙特卡罗方法,估计动力学系统所受的载荷,并利用仿真算例与基于奇异值分解的载荷识别方法进行对比;最后,利用实验数据,进一步验证本方法的有效性。结果表明,该方法在一定程度上减小了不确定性因素造成的识别误差,对于提高动载荷识别精度具有一定的参考意义。     

少量声速剖面时浅海声传播不确定性研究

当只有少量的浅海实测声速剖面时,不能直接利用Monte Carlo法研究声传播的不确定性。基于经验正交函数法,提出扩展向量法对少量实测声速剖面进行扩展,产生与实测声速剖面统计量基本一致的扩展声速剖面,基于MonteCarlo法,利用扩展后的声速剖面计算了声传播损失概率密度分布。结果表明,扩展向量元素服从标准正态分布,扩展后的数据捕捉到了未能测量到、但可能存在的声速剖面,该方法为浅海环境下实测声速剖面数据较少时,研究声传播不确定性提供了一种新的途径。     

空气声源激发的浅海声场的理论研究

研究了将空气中声速分布建模为Epstein分布,水层和海底均为均匀分布的三层介质模型的条件下,空气中点源激发的水下声场。既推导得到了声压场的形式解,通过数值分析,表明空气中点源激发浅水波导,在水层中形成的波导简正波具有实数本征值,可以远距离传播,称其为"水波"。空气层中的Epstein波导简正波在水层中为非均匀波,传播速度取决于空气中声速,称其为"水面波",并指出空气中声源运动产生的水面波多普勒频移大于水波多普勒频移。     

结构物理参数识别的贝叶斯估计马尔可夫蒙特卡罗方法

从结构动力特征方程出发,以结构主模态参数为观测量,推得结构物理参数线性回归模型。对该模型应用贝叶斯估计理论得到物理参数后验联合分布,再结合马尔可夫蒙特卡罗抽样方法给出各个物理参数的边缘概率分布和最优估计值,而提出了基于结构主模态参数的结构物理参数识别贝叶斯估计马尔可夫蒙特卡罗方法。对五层剪切型结构的数值研究表明,此方法能够利用少数主模态参数给出结构质量和刚度参数的概率分布和最优识别值,而且在主模态参数较准确时识别误差很小。     

Reliability Analysis for Degradation of Locomotive Wheels using Parametric Bayesian Approach

This paper undertakes a reliability study using a Bayesian survival analysis framework to explore the impact of a locomotive wheel's installed position on its service lifetime and to predict its reliability characteristics. The Bayesian Exponential Regression Model, Bayesian Weibull Regression Model and Bayesian Log‐normal Regression Model are used to analyze the lifetime of locomotive wheels using degradation data and taking into account the position of the wheel. This position is described by three different discrete covariates: the bogie, the axle and the side of the locomotive where the wheel is mounted. The goal is to determine reliability, failure distribution and optimal maintenance strategies for the wheel. The results show that: (i) under specified assumptions and a given topography, the position of the locomotive wheel could influence its reliability and lifetime; (ii) the Bayesian Log‐normal Regression Model is a useful tool. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

浅海目标辐射噪声测量中声聚焦现象引起的误差分析及修正

研究了浅海近距离声聚焦特性及其对目标辐射噪声测量的影响和修正方法。利用基于射线理论的虚源法,建立了典型声源和复合声源的声场计算模型,通过具体算例分析了声聚焦引起的测量误差,将单点测量模型和阵列多点测量模型进行对比,并进行湖上试验验证,结果表明阵列多点测量模型能有效的对信道空间传递函数平滑,为如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响提供了依据,有助于实际工程测量的数据分析和测量精度的提高。     

A joint-probability approach to crash prediction models

Many road safety researchers have used crash prediction models, such as Poisson and negative binomial regression models, to investigate the associations between crash occurrence and explanatory factors. Typically, they have attempted to separately model the crash frequencies of different severity levels. However, this method may suffer from serious correlations between the model estimates among different levels of crash severity. Despite efforts to improve the statistical fit of crash prediction models by modifying the data structure and model estimation method, little work has addressed the appropriate interpretation of the effects of explanatory factors on crash occurrence among different levels of crash severity. In this paper, a joint probability model is developed to integrate the predictions of both crash occurrence and crash severity into a single framework. For instance, the Markov chain Monte Carlo (MCMC) approach full Bayesian method is applied to estimate the effects of explanatory factors. As an illustration of the appropriateness of the proposed joint probability model, a case study is conducted on crash risk at signalized intersections in Hong Kong. The results of the case study indicate that the proposed model demonstrates a good statistical fit and provides an appropriate analysis of the influences of explanatory factors.     

基于贝叶斯理论及MCMC-MH算法推演地基土材料阻尼比的概率分布模型

浅层土壤的材料阻尼比参数分布可以通过多通道表面波(MASW)分析法提取的表面波衰减曲线来反演识别,但是衰减曲线对于较大深度和小空间尺度土壤性质的变化不敏感,反演的土壤材料阻尼比分布是非唯一的和不确定的.基于该研究建立了土体材料阻尼比随深度变化的先验概率分布模型,利用Nataf变换和Karhunen-Loeve将其分解为...     

一种基于改进MCMC算法的模型修正方法

标准马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)算法不易收敛、拒绝率高,使其应用受到限制。在贝叶斯方法中引入最大熵值法来估计参数的后验概率密度函数最大值,进而将布谷鸟算法中新鸟巢更新的思想融入Metropolis-Hasting(MH)抽样算法得到改进的MH抽样算法,同时使用支持向量机(SVM)建立待修正参数与有限元模型输出之间的代理模型,以提高模型修正的计算效率。分别使用三自由度线性系统和平面桁架模型来验证本文方法的有效性,结果表明:修正后样本的马尔可夫链混合性能好,停滞概率低,修正后参数相对误差均小于2%。