松花江冰下声学试验技术研究

北极区域极具战略意义与商业价值,随着各国的广泛关注,针对北极地区开展的科考科研活动逐渐增多。其中北极海域的相关研究尤为重要,特别是北极水声学,是保障北极军事存在以及正常科考科研活动的重要支撑。课题组于2015年1月在哈尔滨松花江进行了冰下声学试验,主要内容包括冰下信道测试、冰层散射系数测量以及冰下水声通信试验,实现了冰下半波导现象的初步观测、冰层前向散射系数的测量、基于能量检测器的低信噪比扩频通信、基于时反镜判决反馈均衡技术的高速水声通信以及冰下12用户多址水声通信等内容。本文对本次冰下声学试验情况进行介绍,并给出了相应的试验结果及经验总结。     

预测高炉回旋区深度和变化规律的数学模型

综合考虑力学因素和高炉中燃烧反应对风口回旋区的影响,提出了描述高炉风口回旋区形成和变化规律的静态和动态模型.模拟结果表明,静态模型能准确地预测高炉回旋区的深度,动态模型可以描述鼓风速度改变时回旋区深度随时间的动态变化过程.最后得出了高炉回旋区形成和变化的规律:鼓风推力使料层迅速移动,导致回旋区大小迅速变化,形成回旋区"雏形",燃烧反应修复回旋区的大小和形状,维持回旋区的稳定.在整个回旋区变化过程中,摩擦力对于维持回旋区的稳定起着重要作用.模型预测结果与高炉风口回旋区的实测值以及其他研究者的实验结果是符合的.     

基于单矢量有源平均声强器的码分多址水声通信

基于单矢量传感器对码分多址水声通信进行了研究. 利用单个矢量传感器自身指向性进行方位估计最为常用的方法是平均声强器和复声强器, 但这些方法对于同频带的多用户来说, 理论极限仅能测量两个用户. 提出了有源平均声强器, 利用扩频通信中伪随机码优良的自相关和互相关特性, 可同时测得多个用户的方位, 利用估计的用户方位构建矢量组合, 调整矢量传感器的指向性, 实现各用户定向通信, 抑制多址干扰, 增加处理增益, 降低误码率. 对频带相同的扩频多用户通信进行了仿真及试验研究, 验证了有源平均声强器的有效性和实用性.     

并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究

针对并罐式无钟炉顶的布料操作易产生蛇形偏料,形成不均匀的料面形状,导致料面透气性调节失控的问题,引入颗粒物质能量耗散系数计算方法,探讨颗粒蛇形下落的速度方向对颗粒在溜槽内的有效运动长度和溜槽出口处颗粒速度的影响.分析了并罐式炉顶布料产生炉喉料流轨迹落点差异,料面厚度不均匀的蛇形偏料原因.结果表明,料流密集点在溜槽上形成的碰撞轨迹并非是标准椭圆形状,而是两个不同长轴的半椭圆相接形成的碰撞轨迹,大椭圆的短轴等于小椭圆的长轴.     

基于单矢量差分能量检测器的扩频水声通信

通过获得扩频处理增益, 直接序列扩频水声通信系统具有较高的稳定性, 是高质量水声通信及远程水声通信的首选通信方式. 但复杂的海洋环境使得直扩系统在解扩时受到载波相位跳变的影响, 这将导致直扩系统的扩频处理增益下降. 为此, 本文针对直扩系统提出了差分能量检测器算法, 通过比较接收端相关器输出能量完成解码, 并与有源平均声强器算法相结合, 提出单矢量差分能量检测器算法. 该算法具有很好的抗载波相位跳变和多途扩展干扰的能力, 并可对信号方位信息实时跟踪估计, 利用估计方位进行矢量组合可获得矢量处理增益, 从而保证直扩系统可以在低信噪比、时变信道条件下稳定工作. 通过仿真分析和大连海试试验, 验证了本文提出的单矢量差分能量检测器算法的有效性和稳健性.     

基于时反镜能量检测法的循环移位扩频水声通信

海面的起伏和多普勒效应使得接收信号的载波相位发生跳变以及水声信道的多途扩展使得接收信号波形发生畸变,这严重影响循环移位扩频系统的性能.本文提出循环移位能量检测器算法,通过检测循环移位匹配滤波器的输出能量对系统进行解码,可有效解决载波相位跳变对循环移位扩频系统的影响;将时间反转镜技术与循环移位能量检测器相结合,进一步提出时反镜能量检测器算法,利用已检测到的符号对信道进行实时估计并进行时反处理,抑制了水声信道多途扩展的影响,保证了循环移位扩频系统可在低信噪比条件下工作.通过大连海上试验以及莲花湖湖上试验验证,在复杂水声信道多途扩展、载波相位跳变和低信噪比条件下实现了低误码水声通信.     

无钟布料料流轨迹激光测试与图像分析

针对高炉布料过程操作者无法直接观察炉内料流轨迹、料面形状等信息,利用光学原理,提出极坐标激光栅格测试技术,对料面进行标定测量.引入模式识别中的双目视觉技术进行轨迹检测,对布料轨迹图像采用边缘分析算子,优化算子阈值,获得布料过程中料流信息,重现料流轨迹的动态图像,为高炉布料模型提供数据支撑.     

基于单矢量有源平均声强器的码分多址水声通信

基于单矢量传感器对码分多址水声通信进行了研究. 利用单个矢量传感器自身指向性进行方位估计最为常用的方法是平均声强器和复声强器, 但这些方法对于同频带的多用户来说, 理论极限仅能测量两个用户. 提出了有源平均声强器, 利用扩频通信中伪随机码优良的自相关和互相关特性, 可同时测得多个用户的方位, 利用估计的用户方位构建矢量组合, 调整矢量传感器的指向性, 实现各用户定向通信, 抑制多址干扰, 增加处理增益, 降低误码率. 对频带相同的扩频多用户通信进行了仿真及试验研究, 验证了有源平均声强器的有效性和实用性.     

基于DNA局域结构和统计物理模型识别核小体定位

核小体是真核生物染色质的基本单位。核小体的精确定位影响了基因组序列对结合蛋白的可及性、转录、遗传复制和重组。了解核小体在基因组的准确位置对理解真核生物的生命活动过程有重要作用。本文基于核小体的序列和结构特征及统计物理理论，用统计物理模型预测了核小体的定位。利用统计物理和信息论原理计算了酿酒酵母(S.cerevisiae)、人类(H.sapiens)、秀丽隐杆线虫(C.elegans)和黑腹果蝇(D.melanogaster)数据集中序列片段的DNA局部结构的总能量，基于核小体序列与非核小体序列的总能量差异进行分类，通过10倍交叉验证进行了性能评估。结果显示该模型具有较好的识别效能。