模拟尾流泡幕及实际尾流光学性质对比研究

对模拟尾流泡幕及实际尾流光学性质进行了对比研究.结果表明,实验室模拟尾流气泡幕的散射光平均照度均值随着压强变化梯度大,可据此定性区别不同压强的气泡幕.实际尾流随着航速增大,散射光照度减小,但这种减小不是线性的.散射光照度一定周期性的规律,说明随着航速的增大,尾流气泡幕逐渐增强,气泡幕中气泡密度、不同直径气泡分布等均随之变化,这可能预示着气泡幕的增强存在饱和度.实验室模拟尾流气泡幕与实际尾流的散射光信号在轮廓方面是相似的,都随着压强或航速的增加而减小.通过比较实验室模拟气泡幕和实际尾流的差值信号,可以有效地消除杂散光或自然光的影响,利用Haar小波对差值信号的分析也得到相同的结论.     

尾流散射光性质的一维小波变换分析

船舶尾流具有特殊的声学、电学、磁学和光学特性。选用一维小波变换含离散小波变换、连续小波变换、小波包变换、复小波变换对测量的尾流光学性质进行了分析，其结果表明：不同条件下尾流散射光信号具有不同的自动阈值，经小波变换后保留的能量比例、小波系数置零比率不同，变换的小波系数染色模式、系数曲线、最大系数线区别明显。一维连续小波变换显示出细节信号具有一定周期性，说明在测量过程存在周期性的干扰因素。通过小波分解的各层细节信号，为在测量结果中消除或降低这些因素的影响指明了方向。一维连续小波变换结果显示，在不同压强下小波系数大小及分布、极大值分布都有明显区别。一维小波包变换的压缩信号保留了原始信号绝大部分的能量，选择的系数可作为不同压强下尾流气泡幕的特征系数，而一维复小波变换变换的模、模角以及系数随时间轴的分布，其相对大小都不相同。经小波分析，可以提取出散射光信号的共性，也可以直观地展示不同散射光信号的区别。     

舰船尾流气泡层散射相位函数及其后向散射信号特性分析

根据实测舰船的尾流气泡分布模型,利用米氏理论计算得到尾流气泡层的散射相位函数,并将其应用于尾流气泡层后向散射光接收信号的Monte Carlo仿真分析中,以便为实际海况下的舰船尾流气泡层后向散射光探测的实验设置与信号预测、分析提供可靠的依据.通过对不同距离处尾流气泡层的散射相位函数及后向散射光接收信号特性的分析,可以得出:尾流中气泡层散射相位函数的变化小明显,且对接收信号的影响较小;气泡数密度的变化导致的多次散射效应和气泡层衰减系数的变化是引起后向散射光强度变化的主要原因,数密度越大,散射光信号中的多次散射光成分越大;当气泡层厚度达到一定倍数的衰减长度时,继续增加气泡层厚度对后向散射接收信号的影响较小.     

小波分析在气泡幕散射光信号处理中的应用

选取Daubechies小波对尾流气泡幕散射光信号做一维离散小波变换,小波阶数为3,尺度数Level为5,得到了原始信号的小波分析和重构误差结果.经db3小波分解,散射光信号的低频及高频部分区别不大,可能是信号采集频率过低(×10－1 s)导致的结果.对原始信号进行小波分析容易得到均值、中值、模式、标准差等统计量.通过对散射光信号进行一维平稳小波去噪、小波变换密度估计、小波系数选取等方面的分析,揭示了不同压强下散射光信号具有不同的性质.     

利用后向散射光空间谱强度分布探测尾流气泡的实验研究

利用自行设计制作的尾流模拟系统产生气泡,应用散射光空间频谱测量分析系统,对水中气泡群的后向散射光空间谱强度分布进行测量和分析,研究了不同探测距离的散射光衰减对其强度分布的影响.结果表明,在气泡密度、大小分布不变的情况下,扩束光照明时,由于参与光散射的气泡数目增加对散射光在水中传播衰减的补偿,散射空间谱强度分布的峰值和半宽值均不随探测距离变化;而细光束照明时,散射谱强度分布峰值随探测距离的增加而减小,半宽值则逐渐增大.所以在远距离探测时,细光束的探测效果好.     

尾流气泡幕散射光的性质

用波长为630 nm的激光器作为光源,硅二极管直接接收气泡幕的散射光.对不同气泡幕的散射光作不同点的均值,同时用Matlab语言程序计算散射光不同点自相关,充分证明了散射光的随机性.从散射光的统计性质来看,它的均值和相关性与气泡幕参数之间存在一定的规律,使光探测尾流具有可实现性.     

真实尾流的光学特性

在实验室对模拟尾流气泡幕研究的基础上,设计了用于真实尾流测试的水下实验系统通过对千湖1号船在不同航速下尾流的几何特征进行观察和分析计算,得到了尾流深度、宽度与航速的关系,并且对尾流的水面宽度以及散开角进行了估计.在5km/h,10km/h和15km/h的航速下对尾流不同几何部位的激光透射强度进行了测量,结果与理论计算基本一致.从透射光的相对强度来分析实验结果,可以认为自然光的影响是一个次要因素.     

尾流的全息成像方法研究

鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定;尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.     

气泡数密度对尾流光束衰减测量的影响

为准确地测量出尾流气泡群的衰减,提高前向光尾流探测的可靠性,研究了气泡数密度对尾流光束衰减测量的影响.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化功率和漫射功率的表达式.根据测量条件,引入了有尾流气泡和无尾流气泡时探测截面上接收到的辐射功率之比作为透射函数,并进一步引进了复散射校正因子,它表征了复散射效应的强弱.针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算得到了不同测量条件下气泡数密度与复散射校正因子、透射函数的关系.数值计算结果表明：复散射校正因子都随气泡数密度的增大单调的增大,透射函数都随气泡数密度的增大单调的减小;测量条件不同,气泡数密度对光束衰减的影响也不同.研究结果表明,给定测量条件和透射比时,利用小角度辐射方程可以得到气泡群数密度的量化信息.     

尾流的全息成像方法研究

鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定;尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.     

舰船尾迹光学信号特征的直方图提取方法

现有舰船尾迹光学信号特征提取方法普遍存在运算复杂、处理速度不快等问题,研究基于直方图分析的舰船尾迹光学信号特征快速提取方法。根据舰船尾迹图像直方图具有明显的双峰特征,提出用峰值点分布密集程度kdd和尾迹区与海水背景区像素灰度值均值比Ci2个参数来表征舰船尾迹光学信号特征强度,通过专门研制的海上特征提取实验装置进行特征提取实验分析。分析结果表明:这2个参数能定量可靠地描述舰船尾迹光学信号特征强度的变化规律,并且在特征提取中具有简单快速的优势,从读进一张舰船尾迹图像到利用MATLAB软件计算出其特征参数值,电脑处理时间约为0.07 s。     

Visualization of wavelet spectra of fractal Brownian motion

Methods for visualizing wavelet spectra are considered for two realizations of fractal Brownian motion. The effect of “peak aggregation” on the energy density surface of a wavelet transformation is demonstrated using the local-scale normalization method. It is proposed that an adaptive scale of level lines based on the time-averaged distribution of the energy density of the wavelet transformation be used to eliminate the undesirable effect and to refine the image.     

舰船远场尾流气泡分布特性的数值模拟

为了了解舰船尾流中气泡的分布特征,为激光探测舰船尾流提供依据,建立了计算热分层环境中舰船远场尾流中气泡数密度分布的数学模型,该模型由抛物化的RaNS方程及气泡输运方程组成,采用k－ε两方程湍流模式.利用该模型数值模拟了舰船尾流中的气泡数密度分布特征、气泡尾流宽度扩展规律,气泡数密度衰减规律,并与实测结果进行了比较,二者定性符合得较好.数值模拟表明舰船尾流中半径为10~30 μm的气泡存活时间最长, 为了确保能在距船尾5 km处还能探测到舰船气泡尾流,其探测的对象应以半径10~30 μm的气泡为主,并且探测准确度至少应能达到识别出初始截面上气泡数密度的3%.     

基于Karhunen-Loève变换和小波谱特征矢量量化的三维谱像数据压缩

提出了基于Karhunen Lo埁ｖｅ变换的小波谱特征矢量量化三维谱像数据压缩方法耍幔颍瑁酰睿澹?Lo埁ｖｅ变换 /小波变换 /小波谱特征矢量量化方法应用了Karhunen Lo埁ｖｅ变换的消除谱相关性优良性能 ,应用二维小波变换消除空间相关性 ,在小波变换域内应用二维集分割嵌入块编码和一维谱特征矢量量化对三维谱像数据压缩 ,获得较高的压缩性能。实验结果表明 :Karhunen Lo埁ｖｅ变换 /小波变换 /小波谱特征矢量量化编码比Karhunen Lo埁ｖｅ变换 /小波变换 /改进对块零树编码和Karhunen Lo埁ｖｅ变换 /小波变换 /快速矢量量化编码方法在同样压缩比条件下 ,峰值信噪比提高 2dB和 1dB以上 ,而速度提高了 1.5和 8倍 ,整体压缩性能有较大的提高     

Wavelet filter-based weak signature detection method and its application on rolling element bearing prognostics

De-noising and extraction of the weak signature are crucial to fault prognostics in which case features are often very weak and masked by noise. The wavelet transform has been widely used in signal de-noising due to its extraordinary time-frequency representation capability. In this paper, the performance of wavelet decomposition-based de-noising and wavelet filter-based de-noising methods are compared based on signals from mechanical defects. The comparison result reveals that wavelet filter is more suitable and reliable to detect a weak signature of mechanical impulse-like defect signals, whereas the wavelet decomposition de-noising method can achieve satisfactory results on smooth signal detection. In order to select optimal parameters for the wavelet filter, a two-step optimization process is proposed. Minimal Shannon entropy is used to optimize the Morlet wavelet shape factor. A periodicity detection method based on singular value decomposition (SVD) is used to choose the appropriate scale for the wavelet transform. The signal de-noising results from both simulated signals and experimental data are presented and both support the proposed method.     

Investigation of Electromagnetic Complex Scattering for Spherical Targets in Ku Wave Band

This paper studies the electromagnetic reciprocity among spherical targets. The second scattering field for a target is derived in detail. The complex scattered field and the bistatic RCS are presented respectively. The simulations for the obtaining result in Ku wave band show that the size of the principal target affects greatly both the forward scatter and the backward scatter. The influence of the targets around shows definite periodicity. The second scattered field decrease with the increase of distance between two targets. The more near the forward area the rounding target is, the bigger its affect is. The magnitude of the second scattered field is about 10^–3 comparing with that of the first scattered field. The size of surrounding particles can be considered as a stated scale when researching the electromagnetic reciprocity. This kind of interaction for three dimensions can be investigated easy by using the obtained result and coordinate transformation.     

一种新的基于子线段的立体匹配算法

立体匹配是计算机视觉领域中最活跃的研究主题之一。为了精确并更快速的进行同名点匹配,提出了一种基于小波变换的子线段匹配方法。该方法利用样条二进小波变换系数在不同尺度下的模极大点,能提供在不同尺度下信号急速变化点的位置信息,采用由粗到细的匹配策略匹配这些特征点,并由这些特征点两两相邻的点构建子线段。采用加速方法,快速匹配子线段两端点之间的点。这种方法较好地解决了匹配精度和匹配速度之间的平衡问题。采用该方法对篦冷机内水泥熟料高度进行测量,实验表明,该方法能较精确地得出水泥熟料料层的分布状况。