修正一阶Born近似改进水中弱散射目标的散射声场预报

在推导Fourier衍射定理中运用一阶Born近似时忽略了弱散射体内外的波数差异,使散射声场方向特性的预报产生较大误差,针对这一问题,对一阶Born近似进行修正。考虑散射体内外波数差异引起的幅度和相位误差,通过调整频域采样圆弧半径并移动圆心位置得到了修正的一阶Born近似解。由于更准确地反映了目标与周围水介质的声学性质,有效提高了散射声场的预报精度。根据修正的Born近似计算了弱散射条件下无限长圆柱目标的散射远场指向性,结果与严格解相吻合,对其它形状截面的柱状目标也得到了合理的计算结果。      

水下目标宽带回波特性的快速计算方法

基于传统板块元方法,运用切比雪夫多项式插值实现了水下目标宽带回波特性的快速计算.从散射声场的特性出发,将幅相分离的思想引入散射声场的分析.目标表面单个板块散射声场可分解为随频率变化的快速起伏和缓变函数的乘积,提取缓变函数切比雪夫节点处的板块散射声场,再利用切比雪夫逼近理论插值得到宽频带内各频率点处的精密计算.结合分离出的随频率快速起伏项,获取每个板块的宽带散射声场,通过各板块元散射声场叠加得到目标宽带回波特性.该方法避免了传统板块元算法逐频率点计算所带来的大量板块的重复计算,可以快速、精确计算水下目标宽带回波特性,计算效率大为提高.     

基于VMD-Hilbert变换的大型网箱养殖鱼群声特性研究

为解决养殖户很难监测到自己养殖鱼类的行为状态与投料反馈的问题,针对大型半潜平台“澎湖”号网箱养殖鱼群进行了昼夜连续的被动声学监测。结合昼夜时频分析结果,获得人工投料、投料机自动投料、外来船舶惊扰及深夜安静状态等4个时段的噪声频带及声压级分布特性。时频分析结果显示大范围自动投料下测得的鱼群活跃度明显高于其他状态,相对海洋环境背景噪声的声强度高出30 dB左右。外来船舶惊扰时测得的鱼群噪声强度高出人工投料时刻9 dB左右。深夜鱼群处于安静状态,鱼群活跃度最低,噪声声压级约为70～75 dB。通过变分模态分解(VMD:Variational Mode Decomposition)对时域信号进行模态分解,获得Hilbert谱分析显示：IMF1为鱼群拍打和泳动噪声高频噪声分量,IMF2为金鲳鱼摄食及活动噪声,频带位于1 100～3 000 Hz。石斑鱼进食及活动噪声频带为300～1 100 Hz,是第3阶IMF(Intrinsic Mode Function)分量的主要构成。希尔伯特边际谱在600～700 Hz频带范围内出现峰值,鱼群的生物噪声能量占比最高。研究海洋鱼群发声特性、行为状态与环境背...     

逆向傅里叶衍射定理快速预报水下目标三维声散射指向分布

提出逆向运用傅里叶衍射定理预报水下弱散射目标三维声散射指向分布的快速计算方法。依据目标形状、周围介质的密度和声速构建三维声场图像模型,建立散射远场积分结果与图像频域幅值的关系式,提取频域中半径为水中波数k;的球型表面上的幅值,获得精细化的宽带、全方位散射声压指向特性。数值计算表明:将傅里叶衍射定理逆向运用于解决声学正问题,适用于分层的、不均匀的、非规则及多体弱散射目标散射声场的求解。通过插值提取频域样本获得远场声压的方法,避免了有限元法(3D-FEM)所必须的大规模的网格划分和迭代运算,可以有效地减少计算成本并拓展散射频率响应的带宽。在水池中完成两种具有不同声学参数和形状目标指向性测试实验,得到散射声压指向性幅度函数与理论预报相一致。      

视频新闻检索系统的实现

与一般基于内容的视频检索相比,新闻视频的管理和检索尤其特殊性,对于关键帧检索很难准确描述的动态信息内容特征。为此,提出基于静态内容特征和运动特征结合检索的方案。整个系统包括了特征提取、视频信息浏览、数据库生成、相似结果反馈等功能。实验表明,该系统依靠不同性质的特征,可以找出与查询要求接近的视频新闻或视频片断,是个有效的基于示例的视频新闻检索系统。     

基于序号遗传编码方式的反舰导弹火力分配算法

遗传算法在解算反舰导弹火力分配问题时,具有解算结果最优或次优,但由于解算过程中会产生过多不满足约束条件的染色体,导致该算法解算时间比较长,不能满足反舰导弹作战使用时对火力分配问题的实时性要求;为了提高解算效率,文中依据反舰导弹火力分配问题的特殊性,提出了基于序号的遗传编码方式,并给出了详细的编码过程模型,提高了遗传算法在多型反舰导弹协同攻击多目标情况下的火力分配解算效率;最后,通过实例论证了该算法的可行性和有效性。     

水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础, 是声散射研究领域的热点问题. 本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式, 并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式. 在有限元方法的基础上, 将推导得到的公式写入有限元仿真软件, 对软件功能进行拓展, 构建二维轴对称目标的声散射模型, 并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度, 获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律. 开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验, 利用共振隔离技术处理实验数据, 提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析, 结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测. 最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比, 验证了理论仿真的正确性.     

开式呼吸蛙人专用氧气瓶声散射特性

解决开式呼吸蛙人所携带的氧气瓶目标强度对目标全体散射的贡献问题,为掌握蛙人的精确特性预报和识别奠定基础.构建非轴对称激励下三维目标的二维有限元轴对称模型,运用声固耦合-频域多物理场接口计算不同方位声波照射目标散射远场的频率特性数值解,解释频率响应共振频率亮条纹产生的原因和估计公式.在线性声学的假设下,将有限元数值解作为系统函数,同带宽线性调频信号为系统输入信号,根据时域卷积定理得到时域回波仿真结果,结合亮点模型和弹性环绕波理论给出距离-角度时域回波的精确预报模型.结果表明：影响氧气瓶回波强度的主要因素为目标的镜反射和角反射,气瓶阀门和球冠等精细结构产生的附加亮点和环绕波对不同方位散射频率响应特性的影响不可忽略.通过收发合置的湖试实验,验证回波机理和散射指向分布共振频率特性预报的正确性.     

水中目标回声特性测试3D微视频虚拟仿真实验

水声测量技术被广泛应用于海防、油气勘探、地貌成像、探寻沉船等领域,同时是海洋技术、海洋测绘、海洋科学等方向学科人才培养的关键理论和实验教学内容之一。运用SolidWorks软件设计实验系统所需的接收和发射换能,以及不同种类3D虚拟模型,结合V-Ray虚拟仿真渲染、AI配音等多媒体技术搭建虚拟实验场景,以板块元算法和COMSOL声固耦合-频域有限元法理论为基础,完成不同目标散射声场数值仿真计算,模拟3D场景的水中目标声特性测试虚拟仿真实验。虚拟仿真实验通过3D微视频方式展示,不仅可以用来辅助教学,提高学生对水中目标测试技术的深度认知,同时可对普通民众进行声呐技术的科普教育。系统集水声工程科学研究、培育人才和服务社会功能集于一体。研究成果为扩大水声技术影响力和覆盖面发挥作用,为水下目标探测技术创新发展提供参考。     

基于快速聚类索引的图像检索系统

为了提高基于内容的图像检索系统的检索速度,提出了一个基于快速聚类索引的图像检索算法,并将其应用于视频新闻检索系统中.该算法采用Fastmap算法实现图像高维特征向量降维,并用改进后的模糊C均值聚类算法对降维后的图像进行聚类,生成图像索引.该算法用于图像检索,检索时间不会随着图像数据库中图像数量、特征向量维数的增加而增加,极大地提高了系统的检索效率,有效地解决了聚类中心初试值的选取问题.同时利用该算法构成的系统还具有动态删除、分裂、合并、插入等功能.实验结果表明,与顺序扫描算法相比,该系统不仅大大提高了检索速度,而且在图像数目和特征向量空间维数增大的条件下,仍能够获得良好的检索性能.