基于声探测的炸点坐标测量技术研究

采用小孔径立体五元阵探测弹丸爆炸声信号,提出一种基于到达时间差(TDOA)的单基阵精确定向、多基阵融合定位的炸点声定位系统。针对采集的爆炸声信号,对比互相关法及阈值法计算时延差时的定向误差;针对爆炸信号因超出传感器最大量程而被削去顶部的波形失真现象,提出一种基于多项式拟合的时延估算方法,给出算法流程图。采用总体最小二乘(TLS)算法进行多基阵定位,详细介绍了TLS算法的推导过程;并通过仿真分析对比了线阵列和环状阵列下的定位误差。通过进行多次户外定位试验,结果表明,该系统定位性能良好,在200 m×200 m范围内定位精度优于1.5 m,满足工程测量需求。     

误差均衡立体五基元超短基线水声定位

采用单平面基阵进行超短基线水声定位,当声源俯仰角接近基阵平面,会导致定位误差增加。为解决该问题,提出了基于空间五基元立体基阵子阵误差均衡的定位方法。该方法将空间立体基阵划分为正交的三基元子阵,在各子阵局部坐标系中分别解算定位结果,通过坐标变换将子阵局部坐标系转化为立体阵全局坐标;最终定位数据时,根据原局部坐标系下解算结果与理论结果的误差大小进行加权,对全局坐标系下的数据加权平均。MATLAB的仿真表明:该方法可实现空间立体基阵全空间方位目标声源的定位解算,定位精度比单一基阵面提高4倍以上;并解决了声源目标俯仰角接近单基阵平面时,定位精度误差急剧增大的问题,使整个定位空间内的定位结果误差变化均衡。     

深海声信道中的被动合成孔径

被动合成孔径技术通过对直线运动的小孔径基阵的接收信号进行处理,以时间积累换取空间增益,从而提高对目标的方位分辨和检测能力.理论分析表明,只有当(用于合成孔径的)物理子阵所处声场的水平相关半径远大于合成所用子阵尺寸时,被动合成孔径的探测性能才会较常规物理孔径基阵有明显优势.深海声信道中,声场水平相关的空间变化会对被动合成孔径技术的性能存在较大影响,本文利用2014年南中国海深海信道条件下的实验数据,开展了被动合成孔径和常规物理基阵的性能对比分析,用波束域扩展拖曳线列阵测量方法将32阵元(48 m)的物理子阵合成了160阵元(240 m)的虚拟阵,结果表明:当声场水平相关半径超过240 m时,160阵元虚拟阵的处理增益最高比32阵元的物理子阵高出9.5 dB,与理论预测数值一致;当水平相关半径小于30 m时,160阵元虚拟阵的处理增益只比32阵元的物理子阵高出6 dB,而其探测性能实际已经接近32阵元物理子阵.这也说明,在深海信道影区内声场水平相关半径较小,被动合成孔径技术的探测性能因此受到限制,较之常规物理孔径基阵的优势并不明显;而在声场水平相关半径较大的深海信道会聚区内,被动合成孔径技术的探测性能有明显改善,较之常规物理孔径基阵的优势明显.     

声被动三基阵定位算法应用

为了满足智能地雷系统在雷场状况下应用的技术要求,利用单阵列小基阵有一定的定向精度但定距精度不高的特点,用三基阵中的2个方位角信息及阵列间的几何关系得出3个目标定位子解。再对3个目标定位子解采用方差加权融合处理方法,得到最终其定位解和方差。实验结果表明,利用三基阵进行声被动定位,能明显弥补单基阵定距精度不高的缺点,并能消除双基阵定位的盲区。算法简单有效,可应用于智能雷弹系统中,以提高其定位精度。     

一种新阵型改进超短基线定位精度方法

 超短基线是一种常用的水声定位技术,与其他基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于远距离误差发散快,超短基线作用距离短,所以其定位精度通常也不高。为了解决超短基线由于自身尺寸小而导致在远距离目标定位中定位精度差的问题,本文通过对传统4元正交阵进行阵型优化,提高了超短基线系统定位精度。相比已有的改进超短基线阵方法,该方法或减少了阵元数,或降低了发射端的制作难度。同时,针对新阵型定位算法,本文给出了相位补偿公式。仿真分析结果表明：新阵型在0°~360°内,目标定位精度比传统超短基线阵提高了近8倍,能够实现对远距离目标的高精度定位。     

一种适用于水下垂向运动目标的长基线水声定位方法

水下垂向运动航行体具有速度快、历时短、工况复杂等特点,其运动轨迹的高精度测量一直是工程上的瓶颈问题.针对此类工况提出了一种有合作目标条件下的长基线水声定位测量方法,测量模型基于多元测距体制建立,以合作声信标的性能为约束条件,通过一阶展开将非线性方程组的最优估计问题转化为超定线性方程组的最小二乘估计问题,并采用牛顿迭代法进行数值求解.通过仿真分析得出了多个共面海底阵元和单个海面浮体阵元构成的测量阵的误差分布规律,并对有限区域内三种典型阵元构型方案进行了比对.计算结果表明,测量阵水平方向定位精度明显优于垂直方向,6元阵,8元阵和15元阵在阵内水平方向标准差量级分别为0.5m,0.3m和0.2m,垂直方向标准差量级分别为3.5m,1.5m和1.0m,阵外水平方向标准差优于0.3m区域相对于阵内区域的比值约为0.3~1.9,阵外垂直方向标准差优于1.5m区域相对于阵内区域的比值约为0.2~1.1.理论分析和仿真结果表明,该方法能够有效建立复杂工况下测试区域精度分布对基阵构型、数量变化的响应关系,可为相关测量系统的设计和测试方案的制定提供参考.从测试需要和工程实现两方面因素考虑,三种阵元构型中呈"XX"型分布的8元阵是一种相对合理的方案.     

基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法

为了克服基于四阶累积量的矢量水听器声源定位算法的计算复杂度高、运算量大以及定位精度不高等问题,提出一种基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法.该算法利用信号四阶矩的性质,将单矢量水听器阵元数和声源数进行虚拟扩展,从而得到更多的多声源定位信息;通过提取有效阵元的方法减少了冗余,利用搜索峰值方法得到期望的多声源方位.理论分析和实验结果表明,该算法有效降低了计算量、提高了定位精度,克服了基于高阶累积量的矢量水听器定位算法的不足.     

面向芯片引线键合的视觉精确定位方法

为了实现面向芯片封装的视觉精确定位技术,提高芯片引线键合的加工精度和效率,提出了一套结合快速傅里叶变换互相关和不变矩的视觉定位算法,构建了视觉系统实验平台,并进行了实验研究.针对芯片和引线框架图像的特点,分别提出了适合于芯片和引线框架的定位算法.对于芯片图像,采用快速傅里叶变换互相关算法进行匹配定位;对于引线框架图像,采用基于特征的不变矩方法进行匹配定位.使用显微视觉系统和二维运动平台构建了实验平台,进行了视觉定位实验.经过实验验证,定位精度均在亚像素级,芯片图像的定位精度小于0.4,像素（2,μm）,引线框架的位置精度小于0.5像素（2.3,μm）,转角的定位精度小于0.1°,能够满足芯片封装的要求,从而实现引线键合的视觉精确定位.     

基于智能天线的通信测向方法

TD_SCDMA标准采用了智能天线技术,提高其定位精度是目前亟待解决的关键问题.针对8阵元智能天线CDMA系统,提出了一种测向定位新方法.该方法根据预多波束智能天线的特点,利用接收信号的功率特性估计移动台方位角.该系统大大提高了同时定位用户数,计算复杂度小,适用于TD_SCDMA系统定位.仿真表明该系统定位精度较高.     

基于iGMAS产品的BDS/GPS组合RTK定位性能分析

随着各国自主导航系统的快速发展,多卫星导航系统组合定位成为当前研究热点,其可弥补单系统在全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号遮挡严重区域无法提供连续、可靠的定位服务的不足。文章基于国际全球连续监测评估系统(international GNSS MonitoringAssessment Service,iGMAS)产品,研究分析了中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)与美国全球定位系统(Global Positioning System,GPS)组合实时动态定位(Real-Time Kinematic,RTK)性能。静态实验结果表明,开阔区GPS-RTK定位精度优于BDS、BDS/GPS组合RTK定位结果,封闭区BDS/GPS组合定位性能优于单系统定位精度,BDS定位结果优于GPS;动态实验结果表明,在信号遮挡严重区BDS/GPS组合可持续提供定位服务,但服务的可靠性较低。     

基于TDE技术的声源定位算法

针对基本互相关法在估计时延时没有明显的峰值及实际环境中的噪声会减损峰值,甚至出现伪峰的问题,提出了一种基于广义互相关的改进时延估计方法,并结合麦克风阵列结构,实现了基于两步定位的声源定位.通过仿真实验验证了该方法在有噪声的环境下能准确测量声源的位置,定位的平均距离误差和平均方向角误差都低于5%,且方向角在30°～150°、距离在1.1～2.3m时定位成功率达80%以上.     

方形截面高层建筑间气动干扰对其驰振稳定性的影响

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.     

基于 MVDＲ 波束形成算法的风速风向测量方法

为更好地抑制传统测风方法中噪声的问题,提出了基于 MVDＲ( Minimum Variance Distortioniess Ｒesponse) 波束形成算法,结合一种特殊的弧形阵列的测风研究方法,通过使用四元超声波传感器弧形阵列结构获得冗余空间采样信息,并将阵列所接收信息进行最小方差无畸变响应的波束形成算法处理,从而估计待测的风速风向信息。仿真结果表明,该方法可实现对风速 0 ～ 60 m/s 与风向角 0 ～ 359°的估计,可实现对风速以及风向的准确测量。     

不同偏流板侧转角对回流的影响规律

偏流板将飞机发动机尾流导向，防止尾流烧蚀地面或损坏周围设备和建筑，但是偏流板会产生回流，不利于发动机正常工作。以简化发动机模型和偏流板为对象，研究了双发飞机起飞时偏流板侧转角对回流的影响。结果发现侧转角较大时，近地面回流到达发动机尾流下方时，由于主流引射作用会向发动机外侧发生第一次偏转，侧转角越大，偏转越明显；存在一个临界侧转角6°，小于6°时，回流第一次偏转后沿着发动机下侧向前流动，易被进气道吸入；大于6°后，近地面回流一次偏转后会向发动机的外侧进一步偏转，最后向后流动，不会被进气道吸入。同时，随着侧转角增大，更多的高温尾气回流向一侧偏转，有利于另一侧人员和设备的安全。     

多元声阵被动声定位研究

针对五元空间声传感器阵列被动声定位中存在着对目标声源位置估计偏差较大的问题,提出了一种七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型,通过数学推导与计算给出了定位公式.利用误差分析理论对比了两种阵列的定位性能,得出了定位偏差与目标声源的俯仰角,方位角和时间延迟量的关系.使用这2种声阵对100个假设目标声源位置点进行估计计算,通过计算机仿真得出了七元空间声阵具有较高定位性能.     

激光散射法测量TSP和PM10的最佳采光角及立体角的研究

通过对光散射理论的数值模拟,分析了影响颗粒散射光通量F和粒径D之间单值关系的采光方向角、采光立体角和被测颗粒折射率等因素. 与光散射颗粒计数器在异轴90°采光不同,用光散射法测量TSP和PM10在45°方向采光,并采用较大立体角(??? > 50°),能得到较好的F-D关系,同时颗粒折射率的影响也较小.     

分支井筒稳定的塑性力学模型及分析

针对分支井钻进过程中普遍存在的井壁稳定问题,建立考虑地层、水泥环、套管和支井井筒的分支井稳定性分析三维弹塑性有限元模型。模型中将水泥环、地层和套管分别视为不同的塑性材料,同时通过建立应力各向异性地层中模型转换方法,消除不同支井方位之间的模型误差。通过弹塑性有限元模拟研究支井方位对分支井稳定性的影响。结果表明:方位角小于15°时,地层与水泥环最大等效应力位于主井筒上,有利于分支井井眼稳定;方位角为75°时,等效应力最大值位于分支井井壁上,不利于井壁稳定;从套管侧窗变形的角度来看,分支井方位应尽量靠近水平最大地应力方向;当支井方位角大于30°时,主井眼水泥环的破坏可引起支井钻进问题;在分支井井身结构设计中,采用较小方位角,同时避免采用50°~80°的分支井方位角,以保证水泥环-地层-套管-井筒系统的稳定性和安全性。     

方位保持仪姿态误差补偿技术

给出了陆用惯性导航系统方位保持仪的误差补偿方法.在方位保持仪纵轴和横轴方向安装2个互相垂直的加速度计,测量载体的俯仰角和横滚角,采用多组坐标变换将姿态角、地球自转角速度和重力分别投影到陀螺坐标系,结合动力调谐陀螺仪漂移与重力相关的特性,分析了与重力一次项相关的漂移分量,分别从支架误差、地球自转分量和陀螺仪与重力相关漂移3个方面对方位保持仪进行误差补偿.实验结果表明,采用上述方法进行误差补偿的方位保持仪,漂移小于0.06°/h.     

车削ZL109铝合金PCD刀具的 几何参数优化仿真

ZL109铝合金对刀具的磨损严重,难以获得较好的加工精度.而刀具几何参数对切削力、切削温度、表面加工质量和刀具耐用度都有重要的影响,对刀具几何参数进行优化具有重要意义.利用材料试验机和SHPB装置对ZL109进行准静态和动态冲击压缩实验,确定ZL109铝合金的本构模型参数.采用单因素试验法,模拟刀具的前角、后角和刀尖圆弧半径对切削力和刀尖温度影响.结果表明:刀尖圆弧半径对X和Y方向切削力的影响最大,前角对Z方向切削力的影响最大,而后角对刀尖温度的影响最大.通过正交试验法和极差分析,当刀具几何参数选择为前角γ0=0°,后角α0=7°,刀尖圆弧半径r=0.4 mm时,PCD车刀切削ZL109铝合金时刀具的切削性能最优.