基于浅海声信道特征测量的舰船水下辐射噪声源级获取方法

针对浅海信道环境下舰船水下辐射噪声测量问题,介绍了一种基于水域声信道传播特征的舰船噪声源级工程测试方法,该方法通过多基元空间能量平均方法来实现.通过探讨以能量平均声压级曲线来表征浅水域水下声传播特征,提出了一个适用于浅水域声传播规律的计算经验公式.对所提测量方法的可行性和准确性进行了仿真分析和湖上试验,结果证明了采用空...     

基于二级声辐射模型的地面声场高效预测方法

建立了可用于直升机运动状态下噪声传播特性分析的高效地面声场预测方法。该方法包括计算旋翼气动、噪声的自由尾迹方法和时域FW-H方程;计入大气、地面等环境因素的声传播模型及地面声场计算模型;为提高计算效率,在声源计算与噪声传播之间引入基于“紧致球声源”的二级声辐射模型;在此基础上,还提出了通过建立“特征参数声辐射球库”以实现直升机运动状态下噪声实时预测的方法。以AH-1旋翼为算例,通过与地面声场直接计算法对比,说明了方法的有效性及高效性;此外,文中还分析了大气、地面等环境因素对噪声传播以及地面声场特性的影响。      

基于氧气A波段临近空间大气温度反演的贝叶斯与最小二乘法对比

基于氧气A波段的临边辐射模拟数据进行临近空间大气温度廓线的反演，分析比较了贝叶斯和最小二乘两种不同反演算法的特点.80km以下，信噪比为66～337时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线761.59，762.2，764.05nm的反演误差平均值分别为5.52，3.94，4.73K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为10.57，7.04，8.80K.信噪比为6～34时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线的反演误差平均值分别为18.27，12.18，18.27K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为103.18，68.79，85.98K.研究结果表明，基于贝叶斯理论的反演方法，利用先验信息对反演结果进行约束和修正，在有噪声的情况下获得了更合理的解，从而提高了反演精度和抗干扰能力.这为星载探测临近空间大气温度的算法研究和开发提供了参考，也为提高光谱仪器信噪比并进而提高温度反演精度提供了理论基础.      

粘弹性材料阻抗非局域特性实验验证

基于材料透射阻抗的定义阐述了粘弹性材料的局域和非局域性质,并阐述了阻抗矩阵和频响函数矩阵之间的关系.通过将声压表面力的分布离散为等效点力的方法导出了频响函数表达式.基于频响函数矩阵元素的表达式,对粘弹性材料平板进行了点力激振下振动透射的频响测量实验,同时用粘弹性有限元方法数值计算了该板的振动频率响应,实验和数值结果的一致不但验证了粘弹性材料频率响应和声阻抗的非局域特性,也说明了实验及数值方法的正确,为进一步研究打下基础.     

含间隙非线性二元翼段的系统辨识

在实际包含间隙非线性的复杂结构中,由于间隙不易或无法测量,难以建立准确描述结构特性的动力学模型;即使间隙得到准确测量,也难以获得结构的标称线性系统的模态参数。为此,利用条件逆谱法和时域非线性子空间法,通过非线性系统辨识获得间隙非线性系数,同时获得非线性结构的标称线性系统的频响函数。以一个包含间隙非线性的二元翼段为例,通过数值方法模拟该二元翼段的地面振动试验,利用条件逆谱法和时域非线性子空间法开展该结构的非线性系统辨识。结果表明:两种方法均可准确地辨识结构的标称线性系统,条件逆谱法利用光滑函数近似,时域非线性子空间法利用多个分段线性函数重构,辨识得到间隙非线性系数。      

基于最优估计法的瑞利激光雷达反演大气温度研究

基于瑞利激光雷达的回波光子信号对中层大气进行探测，结合最优估计法，对大气温度进行反演。本文基于瑞利散射激光雷达方程建立正向模型，选择大气模型的温度廓线作为先验状态信息，构建用于最优化处理的成本函数，利用Levenberg-Marquardt最优化算法对成本函数执行最优化处理，得到大气温度的反演结果，对反演结果的不确定度分析的同时利用平均核矩阵对反演结果中真实信息的贡献进行评估。利用瑞利激光雷达方程产生的模拟回波信号进行了大气温度的反演处理与分析，对中国科学院国家空间中心提供的瑞利激光雷达实测数据进行大气温度的最优估计反演。结果表明，90 km以下的反演不确定度在10 K以内，且相较于CH方法，最优估计法具有反演有效范围高的优势；在回波光子信噪比较高的区域，反演不确定度较小，且真实信息对反演结果的贡献占主导地位。     

铝基微结构光栅几何参数反演

微结构光栅是一种广泛应用的电子元件。采用随机微粒群优化(SPSO)算法反演了一维铝基衬底矩形光栅的几何结构参数。首先介绍了严格耦合波分析(RCWA)法和微粒群优化算法的基本原理,并采用RCWA法求解了光栅内电磁场问题;然后根据正问题求得的光栅光谱反射率建立目标函数,并采用SPSO算法优化目标函数,反演得到单槽和双槽矩形光栅的周期、凸脊宽度和凹槽深度;最后分析了种群大小和搜索区间对反演结果的影响。结果表明,SPSO算法可以准确地反演光栅几何结构参数,并推荐种群数取30。     

基于频响函数模型修正影响因素的仿真

首先推导了基于频响函数模型修正的理论公式,在此基础上通过平面桁架模型修正的仿真算例,比较研究了基于频响函数模型修正方法具体实现过程中数据测量噪声、频率点选择以及频段选择等因素对修正结果的影响。研究表明,频率点的选择是基于频响函数模型修正的关键因素,合理的频率点选择既能够减小计算量,降低修正方程的条件数,同时还能够抑制测量噪声的影响;此外,提高实测数据的精度,增加修正频段的宽度也是改善模型修正效果的有效手段。     

基于有限Fourier级数的航天器转移轨迹设计

针对航天器小推力转移轨迹的初始设计问题，利用基于三阶Fourier级数的设计方法实现了航天器小推力的多圈转移。同时，基于有限Fourier级数的形状法，对具有多个约束条件的小推力多圈转移轨迹进行了优化设计。选取了共面同轴同偏心率的初始和末端轨道位置，对所提出的方法进行了仿真验证。结果表明：与改进逆五阶多项式形状法相比，所提出的方法虽然增加了转移时间，但当转移圈数为5圈、有限Fourier级数的项数为10时，可减少将近75%的转移速度增量，同时大大减小了所需的最大推力加速度的值。     

基于CLYC闪烁体的中子能谱测量及反演方法

空间中子是影响航天器和航天员安全的重要辐射要素之一。优化中子探测器,提高测量效率,提升反演精度是中子测量的难点。中国空间站将搭载一种基于新型中子探测材料Cs2LiYCl6:Ce（CLYC）闪烁体的中子探测器,该探测器具有同时测量热中子和快中子,以及探测效率高等特点。针对该新型探测器的中子能谱反演,分析了不同能量中子在该探测器中的响应特点,分析了中子反演常用的概率迭代法和非负最小二乘（NNLS）法的优缺点,考虑到这2种方法在CLYC探测器反演应用中的不足,提出了基于增广矩阵的非负最小二乘（AM-NNLS）法。数值实验结果表明:AM-NNLS法具有反演运算效率高和反演相对误差小的特点,验证了所提方法的有效性。      

声强测量仪高声强级校准方法研究

对声强测量仪校准方法的发展历程、现状及水平进行论述,重点对目前高声强级校准方法的研究进行描述,提出高声压源结合相位差的高声强级校准方法,使声强测量仪的声强级校准上限可达140dB。     

The attitude inversion method of geostationary satellites based on unscented particle filter

The attitude information of geostationary satellites is difficult to be obtained since they are presented in non-resolved images on the ground observation equipment in space object surveillance. In this paper, an attitude inversion method for geostationary satellite based on Unscented Particle Filter (UPF) and ground photometric data is presented. The inversion algorithm based on UPF is proposed aiming at the strong non-linear feature in the photometric data inversion for satellite attitude, which combines the advantage of Unscented Kalman Filter (UKF) and Particle Filter (PF). This update method improves the particle selection based on the idea of UKF to redesign the importance density function. Moreover, it uses the RMS-UKF to partially correct the prediction covariance matrix, which improves the applicability of the attitude inversion method in view of UKF and the particle degradation and dilution of the attitude inversion method based on PF. This paper describes the main principles and steps of algorithm in detail, correctness, accuracy, stability and applicability of the method are verified by simulation experiment and scaling experiment in the end. The results show that the proposed method can effectively solve the problem of particle degradation and depletion in the attitude inversion method on account of PF, and the problem that UKF is not suitable for the strong non-linear attitude inversion. However, the inversion accuracy is obviously superior to UKF and PF, in addition, in the case of the inversion with large attitude error that can inverse the attitude with small particles and high precision.     

基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中,传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法,风速反演精度约为2m·s-1.波形匹配方法耗时多,计算量大;经验函数方法通常只使用少量物理观测量,会造成信息浪费,损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度,引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集,训练集用于模型学习,验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示,决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s-1,GBDT等算法的预测误差约为2m·s-1,满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比,机器学习树模型算法效果更好,在验证集上表现稳定且误差较小.因此,可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.      

利用偏振图像加权融合及CLAHE算法的水下成像方法

针对传统基于偏振差分原理的水下光学成像方法中目标退偏振特性差异引起的图像中局部反射光损失的问题,本文提出了基于偏振图像加权融合与限制对比度自适应直方图均衡（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization, CLAHE）算法的水下成像方法。一方面,将原始水下图像分解为偏振光强图像和非偏振光强图像,根据不同退偏振特性目标在两幅图像中的灰度值分布特点,设计相应的权重因子,对两幅图像进行加权融合。从而实现在压缩原始水下图像中散射光的同时,保留更多目标反射光,提升整体目标反射光在融合图像中所占的比例。另一方面,为了进一步提升融合图像的对比度,利用限制对比度自适应直方图均衡算法对融合图像进行处理。该算法能够在提升融合图像对比度的同时,有效避免图像噪声的放大。实验结果表明,相比于传统的偏振差分方法以及独立的直方图均衡化算法,本文提出的算法能够有效提升水下图像的清晰度和对比度。     

一种顾及厄特沃思效应的水下重力辅助导航方法

水下相对于水面环境,准确估计厄特沃思效应更为困难,进而影响重力测量精度。由于传统重力匹配算法未考虑水下厄特沃思估计误差对重力辅助导航定位性能的影响,根据不同导航参数对厄特沃思估计误差的影响程度,构建了水下惯导系统/计程仪/重力仪组合导航框架,采用UKF非线性滤波算法,分析了不同导航模式下厄特沃思估计误差特性,并评估了有无厄特沃思估计误差时重力辅助导航性能的差异。半物理仿真结果表明采用DVL的辅助导航方式可有效抑制惯导误差积累,INS/DVL/Gravimeter三者信息融合导航模式定位性能得到了进一步提高,即使在考虑厄特沃思估计误差的情况下,与仅采用DVL作为辅助信息源相比,水平径向误差定位精度依然提升了17.02%。     

基于双谐振声波幅相控制的高声强级校准

对声强测量仪高声强级校准方法的发展历程、现状及水平进行论述,采用两个声压级高、失真度低的声源研发了高声强级校准系统,提出了双谐振声波幅相控制的新方法使声强级校准在频率500Hz时上限可达150dB以上,而失真度小于0.5%。给出高声强校准系统的校准实例和不确定度评估。     

矢量水听器标准装置水声低频计量应用研究

对矢量水听器标准装置在水声低频计量中的应用进行了研究,简要介绍了水声低频计量中矢量、传统压电陶瓷两种类型水听器的测量原理,对矢量水听器标准装置和低频水声计量标准装置的适用对象、性能特点进行了分析和比较。通过现场实测数据,对矢量水听器标准装置用于传统压电陶瓷水听器低频校准的可行性进行了论证。论证结果表明,该矢量水听器标准装置除了可以用于矢量水听器的校准,也适用于传统压电陶瓷水听器的测试或校准,可以弥补低频水声计量标准装置受被测件最大尺寸局限的不足。     

Accuracy analysis of GNSS-IR snow depth inversion algorithms

In recent years, with the continuous development of Global Navigation Satellite System (GNSS), it has been applied not only to navigation and positioning, but also to Earth surface environment monitoring. At present, when performing GNSS-IR (GNSS Interferometric Reflectometry) snow depth inversion, Lomb-Scargle Periodogram (LSP) spectrum analysis is mainly used to calculate the vertical height from the antenna phase center to the reflection surface. However, it has the problem of low identification of power spectrum analysis, which may lead to frequency leakage. Therefore, Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analysis and Nonlinear Least Square Fitting (NLSF) are introduced to calculate the vertical height in this paper. The GNSS-IR snow depth inversion experiment is carried out by using the observation data of P351 station in PBO (Plate Boundary Observatory) network of the United States from 2013 to 2016. Three algorithms are used to invert the snow depth and compared with the actual snow depth provided by the station 490 in the SNOTEL network. The observations data of L1 and L2 bands are respectively used to find the optimal combination between different algorithms further to improve the accuracy of GNSS-IR snow depth inversion. For L1 band, different snow depths correspond to different optimal algorithms. When the snow depth is less than 0.8 m, the inversion accuracy of NLSF algorithm is the highest. When the snow depth is greater than 0.8 m, the inversion accuracy of FFT algorithm is higher. Therefore, according to the different snow depth, a combined algorithm of NLSF + FFT is proposed for GNSS-IR snow depth inversion. Compared with the traditional LSP algorithm, the inversion accuracy of the combined algorithm is improved by 10%. For L2 band data, the results show that the accuracy of snow depth inversion of various algorithms do not change with the variations of snow depth. Among the three single algorithms, the inversion accuracy of FFT algorithm is better than that of LSP and NLSF algorithms.     

基于散射光强度的碳黑团聚体分形结构和粒径分布同时反演

利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演,在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体（RDG-PFA）散射理论,研究了2种信号方案,包括多角度散射及多角度散射-准直透射率。反演前,对比2种信号方案的残余适应度值分布发现,散射与透射信号同时使用有效减弱了反问题的病态性。反演过程基于协方差矩阵自适应的演化策略（CMA-ES）算法,该算法具有很强的局部搜索能力,为快速且稳定地反演各个目标参数提供了保障。反演结果表明了CMA-ES算法较大搜索空间内的可行性和普适性,同时也证明了采用多角度散射-准直透射率的组合信号有效提高了目标参数的反演精度。      

基于实时解空间的三维声源定位

提出了一种基于实时解空间库的快速三维声源定位算法。该算法使用来自四个声传感器 ,一个风速传感器和一个风向传感器的信号能够准确快速地计算出声源的位置。