充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。      

圆柱空腔上裂纹的爬波检测方法

通过牛顿迭代法求解了固体内部圆柱空腔上爬波的频散方程,分析了爬波的频散和衰减特性。利用动态光弹法显示了爬波的直观图像和圆柱空腔附近各散射波的空间关系。根据爬波具有的频散、衰减以及辐射横波特征,设计了斜入射脉冲回波实验装置,测量了特定位置处裂纹反射爬波辐射出的横波信号,其与柱面反射波的时差和理论预测一致。进一步实验研究发现,爬波回波幅度与特定位置的裂纹长度具有近似单调的对应关系,在裂纹长度较大时,回波幅度趋于稳定。以上工作为圆柱空腔上裂纹的爬波定量检测提供了物理基础和实现方法。      

水下目标弹性声散射信号分离

水下目标弹性声散射与其他声散射成分在时域和频域上均存在混叠, 现有信号处理方法受分辨力限制无法在混叠状态下识别目标弹性声散射特征. 针对这个问题, 提出了一种目标弹性声散射信号分离方法. 以目标回波亮点模型为基础, 分析了线性调频信号入射时目标声散射成分的信号特性, 提出了一种目标声散射成分向单频信号的映射方法, 并理论推导出了目标声散射结构与映射结果之间的线性对应关系, 实现了通过窄带滤波分离出目标弹性声散射成分. 仿真与消声水池实验数据处理结果表明, 该方法基本可以完全分离出目标回波信号中的弹性声散射成分, 分离出的弹性声散射具有与理论一致的信号特征, 验证了该分离方法的有效性.     

确定微型圆柱腔回音廊模式共振峰位置的方法

本文介绍了微型圆柱腔中回音廊模式共振峰位置的两种确定方法,即数值计算法和解析近似公式求解法。用两种方法对回音廊模式的共振峰位置进行了计算比较,结果表明:精确的数值计算结合简便的解析近似公式求解方法,为快速、精确地确定回音廊模式的共振峰位置提供了一种方便和可靠的途径。     

旋翼叶片回波建模与闪烁现象机理分析

对旋翼叶片回波建模与闪烁现象进行了综合研究.基于散射点散射系数和分布情况,构建了旋翼叶片回波的散射点模型,并分析了散射点分布对回波的影响;在此基础上研究了回波时域闪烁现象的物理散射机理,并结合时频分析和横向分辨率分析了微多普勒特征及时频域闪烁现象;对两类不同分布间隔的散射点模型进行了仿真,并与积分模型进行对比性实验,结果验证了闪烁现象物理分析的合理性.该研究成果在旋翼目标的探测识别领域具有一定的理论与应用价值.     

宽带稀疏圆柱阵指向性研究

宽带稀疏圆柱阵的测试结果与理论计算值的相当吻合,证明了圆柱阵的设计在理论上的正确性和在工程上的实用性。文中特别指出了,只要选用适当的幅度加权因子,就能够对宽带稀疏圆柱阵中出现的大旁瓣(栅瓣)进行有效地抑制。     

流体饱和多孔圆柱体的声波散射

依据BiotStoll的流体饱和多孔媒质声传播理论,考虑了流体粘滞和骨架非弹性损耗引起的衰减因素,研究了多孔圆柱体对平面声波的散射特性.计算了在开孔和闭孔状态下多孔圆柱的背向散射形式函数和散射声强的方向分布,以及边界处的力学状况和声传播中的损耗因素对散射特性的影响.利用宽带超声实验系统测量了多孔圆柱的背向散射谱.实验测量结果与理论预计值符合得较好 关键词：     

气泡幕后向散射光信号特性的蒙特卡罗方法研究

利用蒙特卡罗方法对水介质中的气泡幕的后向光散射回波信号进行了系统仿真。通过对计算结果与实验结果的比较,证明了蒙特卡罗方法的有效性。根据仿真结果,结合理论分析的方法,对气泡幕位置、厚度和接收器视场角等参数对回波信号的影响进行了分析,结果表明:回波信号出现时间与气泡幕位置存在一一对应的关系;在气泡幕的衰减系数ρσt不变的情况下,存在一个有效气泡幕厚度,当大于该厚度时,气泡幕的后向光散射回波信号基本不变;在系统各项参数不变的情况下,适当增加接收器的视场角,可有效地提高回波信号的信噪比。     

压缩感知在宽带声学多普勒测速技术中的应用*

为降低宽带声学多普勒测速技术中宽带回波信号处理系统的采样和数据存储压力,研究了压缩感知的回波信号重构算法,并将其应用于宽带声学多普勒测速的回波信号分析中。在点回波模型下进行宽带回波信号的仿真实验,利用复协方差法计算频移。仿真实验结果表明,在无噪声的理想条件下,利用压缩感知理论处理宽带多普勒测速的回波信号,能够达到理想的测频效果;在相同的噪声条件下,应用压缩感知方法处理后的回波信号能够获得与带通采样方法相当的测频效果。     

频域宽带下视多波束三维声成像算法

为解决下视多波束三维成像声呐跨航向分辨率差、旁瓣级高的问题,提出一种频域宽带下视多波束三维声成像算法。该算法将阵元域回波信号通过二维傅里叶变换直接变换到波数-频率域,之后进行深度向匹配滤波,同时选取带宽内的频点进行频域宽带信号的相位补偿,再进行二维逆傅里叶变换回阵元域,实现跨航向-深度向成像处理。沿航向采用时域合成孔径方法,得到三维图像结果.计算机仿真和海上实验结果表明,相比于常规的下视多波束三维成像声呐处理算法,改进的方法跨航向主瓣变窄,角分辨率明显提高,旁瓣降低10~30 dB。相比于传统基于分块DFT的频域宽带波束形成,改进的频域宽带方法避免了跨航向处理中的时域分块插值和多次变换域,复数加法和乘法次数显著降低。改进的频域宽带下视多波束三维声成像算法可以有效地获取水下三维高分辨图像,抑制虚影,明显改善成像质量。同时,计算效率高,更适合于实时成像系统实现。      

典型后门耦合目标回波信号特性分析

构建了典型后门耦合目标,从时域和频域两个维度对目标进行了回波特性仿真,发现目标的孔缝-腔体结构出现强耦合时回波频域波形可观察到幅度凹坑,且强耦合频率时的回波时域波形呈双峰状,与非强耦合回波存在明显差异。通过改变后门耦合目标尺寸和形态仿真验证了所发现的回波信号特征规律,利用发现的回波信号特征规律可从回波信号中提取出未知目标腔体后门强耦合微波参数。     

混响背景下低秩矩阵恢复的目标亮点特征提取

有源声呐探测水下目标时,混响干扰增加了从目标回波信号中提取目标亮点特征的难度.依据目标回波与混响在时频域上能量分布的相关性不同,采用自适应核时频分析方法将目标回波信号变换到时频域上进行分析.通过低秩矩阵恢复方法将目标回波与混响分到稀疏矩阵和低秩矩阵中,从而分离目标回波与混响,降低混响对回波信号的干扰.针对稀疏矩阵采用Hough变换提取回波中的亮点峰,得到目标的亮点特征。通过仿真和实验数据证明在较低信混比情况下通过低秩矩阵恢复方法能够在时频域上进一步区分目标回波与混响,达到抑制混响的目的,便于获取目标亮点特征。      

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

高炉炉墙测厚的信号处理

超声波反射法应用于高炉炉墙测厚时,高炉内部环境高温高噪声的特点,造成超声回波信号被噪声湮没的问题;针对这一问题,研究了超声波在金属介质中传播的机理,分析了超声回波信号信噪比下降的原因以及实验数据时域和频域的特征,设计改进了高炉炉墙测厚的超声波发射电路和信号调理电路;采用加热炉模拟高炉200~1 000 ℃温度环境,对直径40 mm、长度1.2 m的铁棒进行测厚实验;经实测,改进的发射电路发射的超声信号强度增大,回波处理电路处理后超声回波信号信噪比明显提高、峰值清晰可辩,解决了噪声湮没回波信号的问题,提高了高炉炉墙测厚的测量精度,对高炉的高产、顺产和延长炉龄具有实际意义。     

双层周期加肋有限长圆柱壳声散射精细特征研究

研究了双层周期性加肋有限长圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述,环肋振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述,忽略弦间流体对环肋轴向力的作用. 数值计算给出远场收发合置情况下的周向目标强度和角度-频率谱图,并据此进行机理分析. 计算结果表明远场散射声场中除壳体弹性贡献外,弦间流体以及环肋与内外壳的相互作用对散射声场的贡献也是很重要的,并且在角度-频率谱中出现了舷间流体引起的流体附加波以及周期环肋引起的Bragg散射等回波精细特征,其中流体附加波是双层加肋圆柱壳声散射最重要的散射精细特征,是以往单层圆柱壳声散射所不具有的现象. 最后通过实验对理论推导进行了验证,实验与理论基本符合. 关键词： 声散射 圆柱壳 环肋 流体附加波     

Costas编码跳频信号多普勒容限及其在多声源宽带正交检测中的应用

针对Costas信号的传统宽带匹配滤波因拷贝信号生成过程复杂而带来的计算复杂度高的问题,给出了一种通过计算宽带回波与窄带近似回波的互相关度进而得到Costas信号多普勒容限的数值计算方法,并提出利用容限值对预测目标多普勒范围进行分段窄带近似处理,从而避免了大量的时域伸缩变换,简化了拷贝信号的生成复杂度,提高了宽带匹配滤波的处理效率。随后,将这种方法扩展应用到多声源多目标的回波检测中,利用Costas信号的正交性及多普勒容限值,设计了一种宽带正交匹配检测器,大大提高了多目标声探测的效率。实验仿真和分析证明了多普勒容限求取方法的正确性及其应用于宽带正交匹配检测的有效性。      

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

水下目标回波与混响的时频形态特征域盲分离

水下沉底或掩埋目标识别受海底混响干扰严重,并且目标回波与混响在时-频域上均存在混叠,增大了对目标回波与混响的分离难度。根据目标回波与混响的产生机理差异,将图像形态学与时频分析相结合的盲分离算法用于目标回波与混响的分离。推导了目标几何声散射成分与混响在Wigner-Ville时频面的形态特征表达式,利用图像形态学滤波去除Wigner-Ville时频面中的混响及刚性亮点之间交叉项,在时频形态特征域获取解混矩阵,实现了目标回波和混响的分离。仿真与实验数据处理结果表明,结合图像形态学的时频域盲分离算法提高了目标回波信号的信混比。      

水下目标几何声散射回波在分数阶傅里叶变换域中的特性

水下目标散射回波在时域、频域混叠在一起, 而且受声波入射角度的影响严重, 在不同的入射角度下表现出很大的差异, 需要建立全方位入射角度下回波分量的理论分析模型. 本文推导了目标几何声散射分量在分数阶傅里叶变换域中随入射角度变化的解析表达式; 确定了目标几何声散射回波分量在最佳分数阶傅里叶变换域中的全方位模型, 从理论上证明了目标回波的几何特征形式; 给出了离散分数阶傅里叶变换对声散射分量的分辨能力和计算精度与发射信号带宽和观测时间之间的关系. 实验数据处理表明, 建立的分数阶傅里叶变换域的全方位模型与目标几何特征是一致的, 对未知入射角度下的目标识别提供了理论依据.     

脱粘界面超声检测信号的小波多分辨率分析与重构

针对钢－橡胶分层粘接结构的超声检测回波信号,利用小波变换的多分辨率时频特性提出了小波特征参数提取算法,据此在对检测信号进行的时间－尺度分布分析基础上,重构出脱粘界面回波信号的时域和频域特征。实验检测结果表明本文方法在现代工业ＮＤＴ＆Ｅ中的应用有着可喜的前景。