一种主/被动声呐目标回波信号模拟器的研制

根据实际需要，研制了一种主／被动声呐目标回波信号模拟器，该模拟器能够产生主／被动声呐测试、定检所需的主／被动声呐目标回波信号，目标回波信号中包含主动声呐、目标辐射噪声、海杂波、混响等信号，信号输出形式包括声信号和电信号2种。该模拟器可在空气介质条件下，实现声呐接收、处理、显示系统的定检，以及声呐测距系统和方位系统的定检；在水声环境中，可实现对接收换能器方向性、接收系统灵敏度等的测试。通过性能测试及与实际声呐系统联试，证明该模拟器达到了设计功能和性能指标要求，已交付用户使用。这里对其主要数学模型、系统硬件结构、软件流程进行了简要介绍。     

基于四阶累积量的测深侧扫声纳波达方向 估计方法研究

针对高频测深侧扫声纳工作时会受到高斯色噪声影响的问题,提出基于四阶累积量及幅相误差自校正的波达方向估计方 法。 首先,计算声纳回波信号的四阶累积量,得到协方差矩阵;其次,采用加权平均算法对协方差矩阵进行降维处理,得到构造矩 阵;再次,通过恢复构造矩阵的 Toeplitz 特性完成幅相校正,并增加相位线性拟合算法进一步提升校正效果;最后,采用求根多重信 号分类(Root-MUSIC)算法求解得到波达方向估计。 仿真结果表明,本文算法的角度估计均方误差相对于基于自校正的 RootMUSIC 算法有约 0. 07°的提升,改善了四阶累积量算法在阵元幅相误差条件下估计精度下降的问题。 海试数据分析表明,本文算 法的相对测深精度相对于基于自校正 Root-MUSIC 算法有约 0. 03% ~0. 08%的提升,且在水平距离 90 m 范围内的满足 0. 75% 的测 深精度标准。 仿真和海试数据均证明了本文算法在高斯色噪声及阵元幅相误差条件下的 DOA 估计性能优于传统算法。     

受人观测启发的UUV前视声纳滤波方法

UUV依据前视声纳探测信息进行在线滚动路径规划。针对浅水环境下声纳探测信息受物理及声场环境干扰杂波较多的问题,提出了一种受人观测启发的前视声纳滤波方法。首先,建立了声纳视域模型,然后采用小波阈值法进行声纳信息的初步去噪;其次,引入仿人观测的真伪目标判别策略,提出了基于时间滑窗的探测目标模糊关联与真伪判别算法。湖试结果表明:该算法能够滤除浅水环境下声纳探测信息的杂波,可提供可信环境信息,并引导UUV避开岛屿、浮箱等典型障碍目标。     

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。     

Research on localization algorithm of naval vessel for submarine based on bearing-range measurements

Combined with naval vessel practical antisubmarine equipment of towed linear array sonar,a mathematical model of naval vessel localization for submarine based on bearing measurement was built,and local...     

一种判断声纳系统发射装置状态的简易检测方法

针对某型声纳系统发射装置工作状态在日常保养中检测相对困难,实际采用的检测手段耗时耗力的问题,在深入分析声纳系统工作过程,声波衰减折射规律的基础上,提出了一种简易的判断发射装置工作状态的检测方法。     

Evaluation of the cavitation inception speed of the ship propeller using acceleration on its adjacent structure

Cavitation noise is strongly restricted by the Navy because this noise can be detected by the sonar systems installed on enemy ships to locate a ship. When cavitation is started, the high-frequency broadband noise increases modulated with shaft rotation and propeller blade passing frequencies. Therefore, the Cavitation inception speed (CIS) is typically detected using the Detection of envelope modulation on noise (DEMON) analysis to identify the underwater propeller noise. Since the CIS varies based on the ship’s condition and sea state, realtime CIS monitoring is required. In this paper, a CIS detection method that evaluates the acceleration on the hull adjacent to the propeller was proposed and verified through experimentation.     

Experimental characterization and analysis of wet belt friction and the vibro-acoustic behavior

The robustness and noise warranty costs of rubber belts used for power transmission are directly affected by the frictional properties under varying environmental conditions. This paper presents an experimental characterization and analysis of the friction and vibro-acoustic behavior of automotive ribbed rubber belts under wet conditions. The experimental results show that the static friction under wet condition is higher than the corresponding kinetic friction by 40%-1040% for different belts; and the wet static friction is also much higher than the dry static friction. The wet kinetic friction is lower than the dry kinetic friction by about 30-40%. The occurrence of wet static friction is associated with the strong noise of the belt system. The spectrogram analysis of recorded sound demonstrates that the sound exhibits an impulsive sound pattern with broadband frequency extending to 20 kHz. In this study, the belt vibration is also measured and the spectrum results correlated with those of the sound measurement. The capillary effect, dry adhesive effect and the boundary lubrication effect are discussed based on adhesion models, which are used to correlate with experimental results and to interpret the effects of relevant parameters. The presented results are based on the start-up running of a newly developed belt-pulley test rig, which are different from some published results based on SAE Standard J2432. The test rig based on SAE Standard J2432 is actually operated as water lubricated coast-down, which is not applicable to characterizing the friction properties of belt in wet start-up running.     

基于液压同步提升的开关阀调速仿真研究

探讨了一种利用开关阀和调速阀进行调速的调速方式在液压同步提升中的应用。利用AMESim和Simulink对该开关阀调速液压系统进行联合仿真,分析了在负载不均和提升主油缸存在初女台高差时的多缸同步效果,并成功应用于工程实际中,取得了良好的效果。     

基于主动电场定位的海参水下识别技术

针对现有海参水下识别技术受水下可视条件影响大、设备繁重的问题提出了基于主动电场定位的海参水下识别技术。首先通过测量海参等材料的电导率,验证了主动电场定位技术用于海参识别的可行性;随后模拟海参栖息环境,搭建了海参识别试验平台,研究了提离距离、识别信号特征对海参识别效果的影响;其次研究了海参在不同姿态、不同位置下的识别效果,最后探究了海参与石块、钢块的水下分辨效果。结果表明:在50 mm提离距离下海参引起的扰动势变化率约为5%,与其他物体对主动电场的影响机制明显不同,该技术可以有效识别海参;识别效果的分辨率与传感器提离距离、识别信号特性有关;该技术可对不同位姿、不同环境背景下的海参进行有效识别。     

基于压电材料反射声压最小的主动吸声方法

提出一种基于反射声功率最小的吸声方法。将压电材料作为主动吸声的主体材料,借鉴主动吸声的原理进行吸声,将压电陶瓷晶片粘贴在很薄的简支平板上,通过布置于简支平板正前方的两个麦克风传感器检测出入射声波与反射声波。根据检测出的反射声波,将其与加在压电陶瓷上电压而引起简支平板振动而引起的声压表示为总的反射声压。在反射声压平方和最小的条件下,求得加在压电陶瓷上的电压,从而达到吸声的效果。并将单片压电陶瓷晶片反射声压平方和的理论和多片压电陶瓷晶片反射声压平方和的理论分别进行设计。对压电陶瓷晶片数量为一片、三片、五片几种情况,分别进行数值计算与试验,结果表明,该方法能起到很好的主动吸声效果,且压电陶瓷晶片数量为三片时效果就很好,更多的压电陶瓷晶片没有使吸声效果明显的增加。     

窄间隙MAG焊电弧声与电弧作用位置的相关性

电弧-侧壁距离控制是保证窄间隙熔化极活性气体保护焊(Narrow gap metal active gas welding, NG-MAG)侧壁熔合良好的关键。通过对NG-MAG脉冲立焊过程中电弧声的预处理和分析,发现其时域波形呈周期性“振铃”衰减特性,频率与焊接电源脉冲频率相同;电弧声能量的频域分布范围为0.3～12.0 kHz,且能量主要集中在0.3～3.0 kHz和9.0～12.0 kHz两个频带,频谱分布与电弧-侧壁距离高度相关。在此基础上,采用小波变换(Wavelet transform, WT)和联合时频分析(Joint time-frequency analysis, JTFA)实现对电弧声信号的降噪处理和时频分析,结果发现,伴随电弧-侧壁距离的逐渐增大,电弧声能量的低频分布始终存在,呈现“断续-连续-断续”分布特征;而高频分布出现在电弧-侧壁距离2.6 mm以上,呈现“断续-连续”分布特征。利用NG-MAG脉冲立焊电弧声的时频分布规律可实现对电弧作用位置的监测预警,为NG-MAG焊接过程状态监控提供一种途径。     

火电站P91钢焊接接头超声检测方法的研究

介绍了一种能够在现场测定P91钢的横波声速和衰减系数的简单精确的快速方法,在不增加试块制作成本的前提下,利用所测的声特性数据,对仪器进行调整、对探伤距离一波幅（DAC）曲线进行修正,在模拟试块上对各种焊接缺陷进行检测,在此基础上提出了一套适用于现场的快速有效检测P91钢焊接接头缺陷的超声探伤工艺。     

基于有效回波概率估计空间碎片激光测距系统作用距离

基于回波光子数方程估计空间碎片激光测距系统作用距离时,最小可接受回波光子数很难确定。本文提出了通过改变空间碎片实测数据回波稀疏性获得精度变化曲线的退化模型,以"精度不变"作为衡量条件,确定保精度情况下系统最小可识别有效回波概率,从而估算系统作用距离的方法。首先,根据单光子雪崩探测器"关门"特性,得到了有效回波概率与测量距离关系。然后,建立实测数据的稀疏性退化模型得到测量精度与有效回波概率的跃变曲线,根据精度曲线中"保精度平台"的"跳变点"获得最小可识别有效回波概率。最后,根据最小可识别回波概率获得系统对不同大小典型空间碎片的作用距离。分别处理了有效截面积为3.884 0,6.391 2和9.855 5m2的3种典型空间碎片的实验数据,结果表明:系统在满足m级测距精度的前提下,可识别的最小有效回波概率为0.02~0.044,对上述不同特性典型空间碎片相应的最大作用距离分别为820,1 520和2 250km。提出的模型在精度不变情况下解决了系统最小可识别有效回波概率难以确定的问题,大大减少了实验成本。     

Monitoring of abrasive water jet (AWJ) cutting using sound detection

Our main objective in the present work is to develop a methodology and create a system for the abrasive water jet (AWJ) machining process control. In the case of AWJ cutting, besides the cutting head traverse rate, the distance between the mixing tube and the workpiece, designated as the stand-off distance, has a predominant influence on the workpiece quality. The control of the traverse rate is performed by the machine controller. The stand off-distance control during the machining represents a problem because no effective on-line in real-time stand-off distance detection system has been developed yet. The detection of the stand-off distance during cutting enables better AWJ machining process control. order to monitor the stand-off distance, we measure the emitted sound generated during the AWJ straight cut operation and analyse its characteristic attributes. In order to verify the proposed stand-off distance monitoring methods, a set of experiments was carried out. The signal analysis was performed in both time and frequency domain. The obtained results show an evident influence of the stand-off distance on sound emission. Thus, efficient control of the AWJ cutting process through sound detection appears to be viable.     

外部因素对工程陶瓷材料摩擦磨损特性影响的研究

除材料本身特性外,外部因素如载荷、滑动速度、滑行距离、温度、环境以及摩擦方式等因素同样影响材料的摩擦磨损特性。本文探讨了外部因素对结构陶瓷摩擦磨损的影响,旨在促进在特定工况下正确使用相应的陶瓷材料作为摩擦学部件。     

基于最小二乘的极低频微弱信号实时检测方法

极低频信号由于对金属介质具有良好的穿透性,现被应用于管道机器人的示踪定位系统中.实现极低频信号的可靠检测是保证示踪定位系统正常工作的关键,现有检测系统中使用的检测方法易受噪声干扰,经常出现误报与漏报,可靠性低.根据实际工程中极低频信号动态范围大、观测时间有限的特点,提出了一种基于最小二乘的极低频信号实时检测方法,构造了检验统计量并通过MATLAB仿真分析了窄带高斯噪声情况下的检测性能.以DSP为核心设计实现了基于最小二乘的极低频磁场信号检测系统,通过仿真与工程实验验证了所提出方法的优越性.在信噪比为3 dB,恒虚警概率为1%的条件下,检测概率可达90%,完全满足管道机器人示踪定位系统中极低频信号实时检测的要求.     

一种基于PCI9054与FPGA的PCI数字音频输出方法

为满足声纳电子装备音频输出需求,提出了一种基于PCI9054与FPGA的PCI音频输出技术解决方法。采用PLX公司的PCI9054芯片,实现音频数据的PCI传输。利用FPGA内部嵌入的存储块,设计了大容量双端口FIFO,解决了音频数据输入与输出速率不一致问题。进行逻辑设计,通过PCI接口,把语音数据存在FPGA实现的FIFO中;同时,FPGA按照一定时序,读出FIFO中的数据,生成AD1866编程控制信号,进行D/A转换,实现了语音的连续输出,声音清晰,满足了数字音频输出需求。     

一种高精度水下目标回波模拟技术的研究

为了模拟水下运动目标的声呐回波，研究丁一种高精度、多功能的水下目标回波模拟技术。系统采用工控机对信号处理硬件进行控制，工作方式为回波转发及回波触发，同时具有自检功能，可对水下目标回波的目标强度、多普勒效应和脉冲展宽等参数进行精确模拟，并且能够实时完成对输入、输出脉冲信号参数的精确测量和记录。该系统经过水池调试、水库试验及海上试验，证实其波形参数精度高、动态范围大、抗干扰能力强、对弱信号具有很好的检测能力以及较高的测量精度。     

基于剪切波变换的复杂海面红外目标检测算法

针对复杂海面红外目标检测问题,利用剪切波变换优良的各向异性能力和系数的几何特性,提出了一种基于剪切波变换的复杂海面红外目标检测算法.该算法利用剪切波变换得到边缘图像,同时提供边缘的方向信息,极大提高了海天线的检测和识别概率;然后根据海天线位置进行边缘加权,抑制海杂波,保留目标信息;经过减行均值滤波,对加权边缘图像进行分割;最后,进行数学形态学处理,检测出舰船目标.实验结果表明,该算法可以在单帧图像中检出目标,并且对存在阳光亮带、海杂波等干扰的复杂海面背景取得较好的检测效果.