船舶水下轴频电场测量系统的设计与实现

电场信号是船舶一种重要的水下目标信号特征,为了对其特性进行深入研究,设计完成了一套移动台站式水下轴频电场测量系统,并使用该系统对海洋环境电场和船舶轴频电场进行了测量和分析。结果表明:该系统能够完成对水下环境电场和船舶轴频电场的测量工作,船舶水下轴频电场在频域上有明显的线谱特征,适合作为对海上船只进行远程探测的信号源。     

基于径向基神经网络回归预测的船舶轴频电场实时检测方法

针对交变电磁信号在海洋环境中衰减较快的特点,在分析船舶轴频电场以及海洋环境电场噪声与测量电路自噪声的基础上,提出了一种能够在低信噪比下检测船舶轴频电场的方法.对信号进行小波分解并在轴频段进行重构,以噪声数据作为训练集训练RBF神经网络建立预测模型,以预测的误差作为检验统计量,达到提高信噪比的目的.再对该统计量做滑动功率谱检测,与得到的浮动阈值做比较来判断目标是否存在.将该方法用于实测船舶轴频电场的检测,取得了较好的效果,与其它目标检测算法比较,该方法在计算时间和检测能力方面具有明显优势.     

基于神经网络的船舶轴频电场特征控制实验

任分析实验室船模轴频电场和海洋实测船舶轴频电场信号与环境电场数据的基础上,利用径向基神经网络预测模型对轴频电场信号进行控制．先对信号进行测量,在合理设置训练集与目标集的基础上建立预测模型,得到预测值后在下一时刻利用电极在场源处反向输出该预测值,以达到减弱特征信号的目的．通过对实验室与海洋实测船舶轴频电场数据进行处理,结果表明：用该方法能对船舶轴频电场信号特征进行有效控制,使幅值减小到原信号的30％以下．     

船舶缩比模型轴频电场的传播特征

为研究船舶轴频电场的传播特征,采用信号测量系统,测量和分析了船舶缩比模型轴频电场信号.轴频电场沿船方向传播的测试结果表明,轴频电场的空间分布具有区域性:当测量点从螺旋桨附近移至船尾时,x分量轴频电场信号由较弱逐渐增强至最大幅值,y分量和z分量轴频电场幅值则急剧降低.测量点由船体向外移动时,x分量轴频电场幅值迅速衰减;测量点移至船长倍数的0.33处时,衰减变得缓慢;测量点继续移至船长倍数的1.65处时,轴频电场特征信号不明显.     

船舶腐蚀相关的轴频电场特征

通过测量和分析船舶缩比模型轴频电场信号,研究了与船舶腐蚀相关的轴频电场特征.实验结果表明,船模轴频电场是由于螺旋桨转动调制腐蚀电流和阴极保护电流而产生的,是以螺旋桨转动速率为基频的低频电场.轴频电场随着螺旋桨转速逐渐增大,信号特征越来越明显,幅值越来越大.调制阴极保护电流而产生的轴频电场最大的幅值比调制腐蚀电流所产生的电场大10倍之多.船模轴频电场三分量除在幅值上有很大差异外,功率谱密度强度也有显著差异.其中x分量轴频电场最大,y分量轴频电场次之,z分量轴频电场最小.     

基于小波包熵的船舶轴频电场信号检测

为了有效地从海洋环境电场背景中检测微弱的船舶轴频电场信号,提出了一种基于小波包熵的船舶轴频电场信号检测算法.首先使用小波包变换对测量信号进行多层分解并计算最后一层各结点的重构信号;然后计算各结点重构信号的小波包熵;最后选取小波包熵最小的重构信号作为检测信号进行滑动功率谱检测.通过实测数据和仿真数据对该算法和滑动功率谱算...     

基于小波空域相关的船舶轴频电场检测方法

为了提高对船舶水下轴频电场的远程探测能力,在充分分析实验室轴频电场信号的基础上,提出了一种基于小波空域相关的船舶轴频电场检测方法.首先使用小波空域相关对噪声和信号进行分离,并给出一种针对轴频电场的噪声阈值估计方法;然后,提取信号特征频率范围内的能量作为特征值,对信号进行滑动功率谱检测.对比分析结果表明,该算法在低信噪比情况下具有更高的稳定性和更好的检测效果.

     

基于晃动平台的船舶电场跟踪方法

为解决晃动测量平台的船舶电场跟踪问题,对水面浮动平台的实测电场数据进行了特征分析,明确了海洋环境及平台晃动产生的干扰电场能量主要集中在0.5 Hz以下,随着频率的增加而减小.水面浮动平台环境电场干扰在0.5 Hz以下和0.5～30.0 Hz两个频段的量级分别为100 μV/m和10 μV/m,得出了在动平台不宜采用0....     

均匀场域中工频电场畸变效应分析

空间电场测量时,因电场传感器探头被引入到测量域中,探头附近的电场将发生畸变,而影响电场测量精度。以球形探头为研究对象,利用分离变量法分析了均匀电场中引起电场畸变的影响因素,具体分析了10 kV电压下,球形传感器探头尺寸、电极材质以及测量电极的极间耦合对电场畸变的影响。根据传感器感应电压与电场强度大小成线性关系,利用影响因子矩阵对电场畸变进行了校正分析。分析结果表明,在均匀电场中探头附近和主电极与副电极之间产生较严重的电场畸变,平均畸变率在27%以上;利用影响因子矩阵对电场畸变进行校正后平均误差为4.47%左右。通过对球形探头传感器在均匀场域中的工频电场测量的畸变效应分析,有利于降低畸变对电场测量影响,提高电场测量的精确性。     

基于小波包熵的船舶轴频电场信号消噪研究

在海洋环境下,为有效地将微弱的轴频电场信号提取出来,本文在对小波包熵理论分析的基础上,提出了基于小波包熵的船舶轴频电场信号消噪方法.首先使用小波包变换对测量信号进行多子带分解,并将各子带分成几个子区间;然后计算各子带不同子区间的小波包熵,利用最大小波包熵自适应地选择各子带的阈值;最后对各子带的小波包系数进行阈值处理,并利用处理后的小波包系数对信号进行重构.通过实测数据和仿真数据对该消噪方法进行验证,结果表明此方法在低信噪比情况下能较好地将微弱的轴频电场信号从环境背景噪声中分离出来.     

一种油运船舶的组合姿态测量模型

实时准确地测量船舶姿态,对船舶运输安全作业、舰船减摇控制等具有重要意义.对坐标系及其转换关系进行了定义,推导构建了基于加表、陀螺和GPS的组合姿态测量系统测量元件模型和全量模型,通过状态方程和测量方程的分析推导对全量模型进行了线性化处理,并对连续系统模型作了离散化处理.依据姿态角、陀螺漂移和速度的误差状态方程,引进GPS测量值,对系统状态进行卡尔曼信息滤波估计,从而得到陀螺的漂移误差,使姿态角的测量达到良好的效果.     

某校园电磁环境时间变化特征与评估

随着电磁环境的日益复杂,对电磁环境进行实际测量和评估具有重要的应用价值.本文根据电磁环境在时间上具有随机变化的动态性,对某校园实际电磁环境的时间变化特征进行了研究.通过选取某个校园内不同区域的采样点,分别在不同时间测量采样点的电场值,然后对采集的数据进行统计分析,进而给出了相应空间区域内的电场概率密度分布以及电场随时间变化曲线图,具体分析和讨论了实际电磁环境随时间变化的特征,比较了不同区域电磁环境分布情况,并对校园电磁辐射水平作了简要评估.     

室温原子气室中基于电磁诱导透明和吸收效应的微波电场测量

基于里德堡原子的量子干涉效应,对微波电场的溯源进行测量.该方法使用室温铷原子气室作为探头,通过对双光子电磁诱导透明、三光子电磁诱导透明和三光子电磁诱导吸收效应的Autler-Townes分裂进行理论分析,并讨论了原子散粒噪声的测量极限.该方法不仅适用于微波电场的可溯源、自校准测量,还可被用于微波电场的亚波长成像以及矢量测量,将为进一步实现原子微波探头的小型化和集成化提供参考.     

非接触式检测海底管线防腐层破损点的方法

海底管线防腐层的阴极保护状态在深海环境下难以直接测量,分析防腐层破损引起周围环境电场电位变化关系,首次提出通过测量海底管线周围的环境电场电位分布而实现不接触检测海管表面防腐层破损点的方法.一是研制新型的深海用全固态的银/氯化银参比电极;二是利用虚拟仪器技术设计环境电场测量系统.在青岛滨海采用非接触测量系统进行了实验,实验结果表明该系统在距离海底管线4 m内均可以准确测量其周围的环境电场电位分布,检测出管线表面破损点.     

脉冲调制辐射场的场强测量

为实现大功率雷达所产生脉冲调制辐射场的准确测量,在对脉冲调制辐射场进行理论分析的基础上,提出一种基于选频法的测试方法.将频谱分析仪设置为零频率跨度模式,分辨带宽设置为10 MHz的最大带宽,利用该方法对模拟雷达所产生脉冲调制辐射场的场强测量进行了试验研究.此外,还通过模拟试验分析了电场探头法的局限性.结果表明,所提出的测试方法可对大功率雷达所产生脉冲调制辐射场的峰值场强、脉冲周期内的平均场强以及雷达旋转周期内的平均场强进行准确测量.对于二极管检波式电场探头,被测场强超过其真有效值(均方根值)量程时,测量结果比实际场强偏小,最大偏差超过了4 d B;热电偶式电场探头仅适用于平均场强的准确测量.     

交直流电场的实用计算与测量研究

未来交直流同塔架设使交直流电场的监测成为评价电力系统对环境影响的重要部分,研究线路周边交直流电场的计算模型、评价标准以及测量系统,对工业生产和人民生活有着重要意义.基于交直流电场强度计算方法及交流电场和直流电场的相互作用表现在表面电位梯度的影响上,提出先对混合电场的直流分量和交流分量分别计算,然后采用叠加模型计算交直流混合电场强度.依据工频交流电场的似稳、低发射特性及直流电场的恒定、微弱零变化特征,分别设计交、直流电场测量元件,并设计交直流电场测量装置,通过试验验证了方法的有效性,为工程实际应用中电场强度测量提供了一套便捷的实现方法.     

四探针法测量土壤电阻率的探讨

文章对四探针法测量土壤电阻率的原理进行了研究.假设大地表面层土壤全为同一电阻率为ρ的均匀介质,当接地器中有恒定电流流过时,在土壤中建立了恒定电场,恒定电场满足拉普拉斯方程,依据球坐标系下的拉普拉斯方程,得到了土壤中任意一点的电位的解.在四探针严格地位于一条直线的方法,并分析了与土壤电阻率有关的因素,为电力系统的接地技术提供了重要参考依据.     

基于OpenFOAM的破损船舶横摇阻尼

运用OpenFOAM对完整和破损船舶在静水中进行自由横摇衰减运动的数值模拟,分析得到船舶的线性和非线性横摇阻尼系数.从初始横摇角、舭龙骨附体、破损形式以及破损过程等多个角度对横摇阻尼进行细致的比较和讨论,揭示了破损船舶的横摇阻尼特性.同时开展破损模型试验以验证数值方法的可靠性.在破损船舶的横摇运动数值模拟中,建立了第二类及第三类破损模型,成功处理了内外水耦合及内外水相通的复杂流体流动问题,为破损船舶的横摇运动和倾覆研究奠定了基础,并为破损船舶的稳性衡准制定提供了技术参考.     

双目红外热成像定位技术研究与应用

文章基于数字图像技术提出了交叉成像算法,通过将2台红外热成像摄像机拍摄的图像进行交叉计算,提高了所拍摄图像的分辨率.将海上的船舶作为对象,通过对图像的分离、海平面的映射以及船舶的识别,得到了目标图像的高精度定位.其测量精度能够很好地满足监测需要.高分辨率的热红外图像在工程监测和测量中有着重要的意义,这也将扩展红外热成像技术在实际工程测量中的应用.     

基于改进介质微扰法的水膜厚度测量理论研究

为了解决圆柱腔内壁水膜厚度的测量问题,对水膜厚度测量公式进行校正,分析了交变电场下电介质内的极化过程,推导了交变电场作用下电介质内电场的表达式.由于在交变电场作用下,谐振腔内壁水膜内的电场会发生变化,用准静态法近似介质微扰公式不再适用,基于推导的交变电场作用下电介质内的电场方程,对谐振腔介质微扰公式进行了改进.利用HFSS软件分别仿真分析了同轴腔和圆柱腔在不同频率、不同介质下微扰前后介质内电场大小的变化,将仿真数据和理论计算数据进行对比,证明了交变电场作用下电介质内电场方程的正确性.基于改进后的介质微扰公式,建立了圆柱腔内壁水膜厚度和谐振频偏之间的关系模型,将仿真数据与介质微扰公式改进前后理论数据进行对比分析,结果表明:在同一水膜厚度下,使用改进后微扰公式得到谐振频率较实际仿真数据更加吻合,谐振频率的理论与仿真误差至少提高了35.7%.