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海洋温盐深流时空同步化测量系统设计与实现

海洋温盐深流时空同步化测量系统设计与实现

作者：景俊民中北大学

学位级别：硕士

温度、盐度、深度和湍流是海洋动力学的基本参量。首先,海水温度、水深压力以及电导率是盐度解算的必要参数,分立测量难以准确评估海水盐度值;其次,海水温度与盐度差异是海洋湍流的驱动源,海洋湍流作为一种高度复杂的三维非稳态、带旋... 详细信息

温度、盐度、深度和湍流是海洋动力学的基本参量。首先,海水温度、水深压力以及电导率是盐度解算的必要参数,分立测量难以准确评估海水盐度值;其次,海水温度与盐度差异是海洋湍流的驱动源,海洋湍流作为一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动,在传质、传能、传热的过程中,反向改变水体温度与盐度的分布。因此,探究海水温度、电导率、压力与湍流的相关性,并准确揭示四个参量之间的相互作用机制,需要海洋仪器具备四参量时空同步化测量能力。时空同步测量要求:(1)四种传感器同位集成以空间同步的测量温盐深流变化,(2)硬件模块同步驱动各传感器并时间同步地采集和处理输出信号。针对海洋动力学参数的测量需求,本文开发了一套时空同步测量温度、电导率、深度以及湍流的硬件系统。在电源驱动方面,该硬件系统采用恒压源激励温度和湍流传感器,恒流源驱动水深传感器,交流恒压源驱动电导率传感器。在信号调理方面,该硬件系统采用高精度模数转换器(ADC)来获取温度、深度和湍流传感器的直流(DC)信号,以及电导率传感器的交流(AC)信号。在数据存储方面,湍流传感器的采样频率不同于其他,该系统采用数据存储速率区分方案,将温度、电导率、压力和湍流传感器输出量分立整理后,经由文件系统(FATFS)管理,实现多路数据同步解析。在性能评测方面,该硬件系统与传感器封装集成,形成温-盐-深-流同步测量仪,在国家海洋标准与计量中心进行三方检定测试。其中,温度与硅压阻式压力传感器为市售产品,电导率以及湍流传感器为研究团队前期工作,本文侧重于传感器信号处理与集成工作。检定测试结果表明,温度测量模块输出示值误差小于0.02℃,电导率测量模块输出示值误差小于0.06 m S/cm,压力测量模块满量程误差小于0.8‰F.S.,本文的温盐深集成测量仪器样机性能达到“温盐深剖面仪”国家标准三级水平;湍流传感器调理模块与“Microrider”湍流测量仪进行比较测试,测量数据有效;温盐深流集成测量系统样机经室内测试后,可时空同步获取四种海洋动力学参量数据。相较于传统的海水温盐深湍流的分立化测量方法,本文的时空同步化测量方案有利于深入研究海洋水体运动、质能传递和热-质耦合机制,有助于更准确地模拟、反演和预测海洋物理现象。此外,本文针对全海深物理海洋观测的需求,进一步开展大量程石英谐振式压力传感器研究工作,本文对石英压力传感器的电源激励、信号调理以及数据采集也进行了探索研究,协作研发的深海压力仪样机经评测,可满足海水深度10000米测量需求。

关键词：海洋温盐深海洋湍流时空同步采集存储 FATFS

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采用快速动网格技术的时空同步流固耦合算法

振动工程学报 2017年第1期30卷 41-48页

作者：仲继泽徐自力西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049

为了减少流固耦合计算时间,发展了一种时空同步流固耦合算法。在每一次耦合迭代中,首先求解RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,然后采用本课题组所提出的快速动网格技术计算结构及流场网格节点位移,并更新流场网格,实现流场与... 详细信息

为了减少流固耦合计算时间,发展了一种时空同步流固耦合算法。在每一次耦合迭代中,首先求解RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,然后采用本课题组所提出的快速动网格技术计算结构及流场网格节点位移,并更新流场网格,实现流场与结构振动的空间同步求解。在每一时间步,通过多次耦合迭代,使流场计算收敛,同时保证结构振动计算的收敛,实现流场与结构振动的时间同步求解。采用该算法对弹性梁流固耦合振动及Wing 445.6颤振问题进行了研究,计算结果与文献中的结果一致。与已有文献的时间同步算法相比,此算法可以减少计算时间81.2%。

关键词：流固耦合动网格时间同步空间同步时空同步

基于微分几何理论的参数失配系统时空同步研究

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物理学报 2013年第23期62卷 85-90页

作者：谭平安杨磊张波湘潭大学信息工程学院湘潭411105 华南理工大学电力学院广州510640

本文采用状态反馈精确线性化方法,实现了参数失配系统的时空同步控制.引入微分几何理论,首先采用李导数判定了参数失配系统的仿射模型是否满足状态精确线性化的充要条件,通过非线性坐标变换得到了其线性解耦系统,并结合线性最优控制理... 详细信息

本文采用状态反馈精确线性化方法,实现了参数失配系统的时空同步控制.引入微分几何理论,首先采用李导数判定了参数失配系统的仿射模型是否满足状态精确线性化的充要条件,通过非线性坐标变换得到了其线性解耦系统,并结合线性最优控制理论确定了同步控制律,数值仿真证实了该控制方法的有效性,从非线性控制角度探索了混沌系统时空同步的新方法.

关键词：时空同步微分几何精确线性化参数失配

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一种时空同步高效航线冲突检测方法

中国电子科学研究院学报 2020年第11期15卷 1080-1085页

作者：董晶刘云龙中国电子科学研究院北京100041 工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心北京100048

航线冲突检测对于民航空管及军事作战具有重要意义。针对航线冲突检测算法时间复杂度较高、效率低的问题,提出一种时空同步高效航线冲突检测方法。将空间航线划分为时域同步的运动轨迹段,基于地心直角坐标系进行潜在冲突对逐维过滤,对... 详细信息

航线冲突检测对于民航空管及军事作战具有重要意义。针对航线冲突检测算法时间复杂度较高、效率低的问题,提出一种时空同步高效航线冲突检测方法。将空间航线划分为时域同步的运动轨迹段,基于地心直角坐标系进行潜在冲突对逐维过滤,对坐标系各维度距离度量均小于安全距离阈值的航线段进行冲突确认。仿真结果表明该算法能够并行处理大规模航线飞行冲突检测,且时间复杂度低、效率高,具有较高的应用价值。

关键词：冲突检测时空同步逐维过滤空间直角坐标系

基于时空同步的机器人与ACFM协同检测系统

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无损检测 2023年第5期45卷 56-63页

作者：杜颖袁新安武斌斌韩敬艳王汉卞旭东刘杰海洋石油工程股份有限公司天津300461 中国石油大学(华东)海洋油气装备与安全技术研究中心青岛266580

针对交流电磁场检测(ACFM)技术在机器人自动化检测过程中对时空同步的需求,围绕工业机器人与ACFM协同检测方法展开系统研究,解决机器人与ACFM协同检测过程中位置与磁场信号同步提取方法、三维磁场特征信号成像、缺陷量化与定位方法等关... 详细信息

针对交流电磁场检测(ACFM)技术在机器人自动化检测过程中对时空同步的需求,围绕工业机器人与ACFM协同检测方法展开系统研究,解决机器人与ACFM协同检测过程中位置与磁场信号同步提取方法、三维磁场特征信号成像、缺陷量化与定位方法等关键问题。搭建完整的一套机器人与ACFM协同检测试验系统并对系统进行测试。结果表明,时空同步协同检测系统能够实现试件表面缺陷检测成像显示和精准定位与量化,位置同步精度为0.5 mm,可提升ACFM自动化检测过程中的效率和精度。

关键词：交流电磁场检测技术协同检测时空同步缺陷定位三维成像

具有不确定拓扑及不同节点的时滞网络的时空同步

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具有不确定拓扑及不同节点的时滞网络的时空同步

作者：杨翼铭辽宁师范大学

学位级别：硕士

网络同步是网络动力学研究的主要内容之一,其同步方式可以分为网络的内同步和外同步。其中网络的外同步因其在诸多领域所呈现的独特的应用潜力而备受国际国内学者的广泛关注。同时,在实际网络的外同步过程中,网络的拓扑结构、节点动态... 详细信息

网络同步是网络动力学研究的主要内容之一,其同步方式可以分为网络的内同步和外同步。其中网络的外同步因其在诸多领域所呈现的独特的应用潜力而备受国际国内学者的广泛关注。同时,在实际网络的外同步过程中,网络的拓扑结构、节点动态以及网络参数等均存在着许多不确定性,将会影响网络的同步性能。因此,本文对不确定拓扑结构以及不同节点构成的时滞时空网络的外同步问题进行了研究,其主要工作如下:研究了拓扑结构未知的离散型时滞时空网络的外同步问题。应用线性矩阵不等式原理以及Lyapunov定理,通过构造一个合适的Lyapunov函数,确定了网络控制器的结构以及耦合矩阵元的自适应律,获得了实现拓扑结构未知的时滞时空网络之间外同步的条件。最后,以一维Logistic时空模型作为网络节点进行数值模拟,验证了所设计的外同步方案的合理性。进一步研究了具有不同节点的不确定连续型时滞时空网络的外同步问题。通过构造一个合适的Lyapunov函数,确定了网络控制器的结构,得到了实现两个具有相同拓扑结构的不确定时滞时空网络外同步的条件。同时,设计了不确定参数和配置函数的自适应律。最后,以两种不同的神经元模型作为节点构建了具有随机连接的时空网络,通过数值模拟验证了所设计的外同步方案的有效性。本文所设计的同步方案适用于任意拓扑结构的网络,并考虑了网络参数的不确定性以及网络节点间耦合存在的时滞效应等实际因素,因此,具有一定的实用性。

关键词：时空同步网络自适应时滞

用于近程拦截的多引信时空同步起爆控制技术研究

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用于近程拦截的多引信时空同步起爆控制技术研究

作者：王海枫南京理工大学

学位级别：硕士

随着现代科技的发展,空袭与反空袭已经成为局部战争中的重要环节。并且近年来,信息化弹药的进步以及低成本化的实现,为现代防空体系中的近程拦截武器系统提出了新的思路。为此,研究了时空同步起爆近程拦截系统的基本原理。火控系统根据... 详细信息

随着现代科技的发展,空袭与反空袭已经成为局部战争中的重要环节。并且近年来,信息化弹药的进步以及低成本化的实现,为现代防空体系中的近程拦截武器系统提出了新的思路。为此,研究了时空同步起爆近程拦截系统的基本原理。火控系统根据目标信息解算出弹丸的开环以及起爆时间数据,通过多路装定系统发送给弹载引信,多发弹丸顺序发射后,通过弹载引信控制各弹丸在不同的时刻开环改变飞行参数,以实现同时达到拦截地点的目的,进而实现弹丸同步起爆,形成空中弹幕实现对来袭目标的拦截。分析了用于近程拦截的多路时空同步起爆控制技术的工作原理,使用Matlab/Simu-link仿真技术对弹丸的外弹道运动过程进行了建模,基于模型分析了弹丸飞行时间的修正能力。基于弹道模型设计了相应算法,实现对开环时间的计算。分析了多路发射系统中各弹丸的射高散布。通过仿真数据拟合求取了弹丸发射间隔时间与弹丸射高差之间的函数关系。设计了应用于多路时空同步起爆控制技术的多路装定系统,以实现对多引信的装定功能。研究了多路装定系统的工作原理以及各模块功能,计算了装定系统的设计参数。针对装定模块功能,设计了相应的硬件电路方案以及软件程序。设计了具有开环与起爆双路控制功能的电子时间引信电路,研究了电路的工作原理以及各模块功能,分析了在电路工作过程中对弹丸开环时间进行自测速修正技术的原理。针对引信各模块功能设计了相应的硬件电路方案以及软件程序,来实现对弹丸飞行过程中的测速修正开环控制和定时起爆功能。对电路系统装定功能、测速修正功能、控制电路的输出功能以及自毁功能进行了静态实验验证与功能测试。得到引信的测速误差为0.03%,开环时间误差为0.04%,起爆时间误差为0.05%。针对引信电路进行了高低温环境适应性实验,发现电路在高温环境下的性能要优于低温环境。开展了3次单发弹丸靶场动态实验,验证了系统在发射过程中装定功能及引信功能,同时考核了系统的抗发射冲击过载能力。

关键词：电子时间引信近程拦截导弹拦截时空同步多路装定系统

基于Matlab/Simulink的多路时空同步拦截弹阻尼环控制算法

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兵器装备工程学报 2016年第12期37卷 68-74页

作者：王海枫李豪杰南京理工大学机械工程学院南京210094

针对如何控制在多路时空同步拦截弹中不同时间发射的弹丸在同一时间飞行到目标点进行起爆这一问题,使用Matlab/Simulink仿真技术对弹丸的外弹道运动过程进行了建模,并基于这一模型分析了多路时空同步拦截弹的工作原理,进而设计了相应算... 详细信息

针对如何控制在多路时空同步拦截弹中不同时间发射的弹丸在同一时间飞行到目标点进行起爆这一问题,使用Matlab/Simulink仿真技术对弹丸的外弹道运动过程进行了建模,并基于这一模型分析了多路时空同步拦截弹的工作原理,进而设计了相应算法对弹载阻尼环的开环时间进行计算;以双路系统模型为例,对该算法以及其计算结果进行了仿真验证。结果表明:该算法具有较精确的修正能力,通过选择合适开环时间,拉长了先发射弹丸的飞行时间,实现了时空同步起爆;算法基于Matlab/Simulink仿真建模技术,整个计算过程清晰直观,提高了计算精度。

关键词：时空同步 Simulink 开环时间

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数据融合网络系统时空同步研究

数据融合网络系统时空同步研究

作者：吕白哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

数据融合和网络动力学是发展非常迅速的两大技术,无论自然科学还是社会科学,几乎所有的领域都涉及到这两大技术,并且展现出广阔的应用前景。近几年来,网络动力学的小世界和无尺度特征的重大发现对数据融合网络动力学特性的研究提出了新... 详细信息

数据融合和网络动力学是发展非常迅速的两大技术,无论自然科学还是社会科学,几乎所有的领域都涉及到这两大技术,并且展现出广阔的应用前景。近几年来,网络动力学的小世界和无尺度特征的重大发现对数据融合网络动力学特性的研究提出了新的机遇和挑战,数据融合和网络动力学相辅相成,网络动力学可为数据融合提供结构平台,数据融合可以提高网络效率。当数据融合和网络动力学相结合时,时空同步问题是必须要解决的技术,数据融合中时间同步和空间同步是分开讨论的,网络动力学中同步是指各节点状态同步稳定。本文首先对数据融合时间同步进行研究,研究各传感器采样周期均不相同、各传感器自身采样周期不固定的时间同步算法,测量点数据同步到融合中心公共周期点采用外推插值方法,由插值后均方误差最小进行理论推导可确定最优融合中心周期;当各传感器采样数据存在间断点时,先对间隔点数据进行预处理后再采用前述方法确定融合中心周期;并且,对时间同步算法进行仿真分析。其次,对于数据融合系统空间同步,采用高斯-克吕戈尔坐标变换将测量数据从测量坐标系变换到融合中心公共坐标系,高斯-克吕戈尔坐标变换考虑了地球的椭球性质,所以变换精度较高,并且进行仿真,与直角坐标系变换方法进行对比分析。再次,对无尺度网络动力学同步理论进行探讨。构建无尺度网络动力学数学模型,对模型各参数进行构建,这些参数包括耦合框架矩阵、内部连接矩阵、耦合强度。无尺度网络动力学状态同步指各节点状态向量随时间变化而趋于同解,对各节点状态同步理论探讨可得无尺度网络动力学状态同步由网络耦合框架矩阵第二大特征值刻画,并且对理论进行仿真,通过仿真可以研究无尺度网络的同步能力、韧性和脆弱性。最后,结合数据融合和网络动力学探讨时空整体同步理论。构建数据融合网络动力学数学模型,并对涉及的各节点状态向量,耦合框架矩阵、内部连接矩阵、耦合强度等各参数进行构建,此时希望从网络观念和时空整体观念探讨数据融合网络动力学同步,而不是时间同步和空间同步分开讨论,在此,从思想的角度探讨数据融合网络动力学时空同步理论,为后续工作的开展打下基础。

关键词：数据融合网络动力学时间同步空间同步时空同步