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非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法

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声学学报 2024年第5期49卷 927-938页

作者：王燕上官佩熙郝宇 †刘旭妍哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 中国舰船研究设计中心武汉430064

针对非高斯噪声背景下因噪声二阶矩发散导致常规自适应线谱增强方法的权值迭代不收敛,无法有效增强水下目标辐射线谱信噪比的问题,提出了基于最大相关熵准则的自适应线谱增强方法。该方法基于窄带线谱信号和宽带非高斯噪声在广义时间相... 详细信息

针对非高斯噪声背景下因噪声二阶矩发散导致常规自适应线谱增强方法的权值迭代不收敛,无法有效增强水下目标辐射线谱信噪比的问题,提出了基于最大相关熵准则的自适应线谱增强方法。该方法基于窄带线谱信号和宽带非高斯噪声在广义时间相关半径上的差异,采用参考信号与输出信号的相关熵作为惩罚函数进行自适应滤波器权值的迭代优化,有效提升了目标辐射线谱的输出信噪比。仿真结果表明,该方法能够实现在非高斯噪声背景下对线谱信号的有效增强,相比于基于奇异谱分析和基于香农熵的两种非高斯噪声背景适配的线谱增强方法,在低信噪比条件下该方法可将信噪比增益分别提升12 dB和5 dB。海试数据处理结果也验证了所提方法的可行性和可靠性。

关键词：无源目标探测自适应线谱增强非高斯噪声广义时间相关半径最大相关熵准则

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基于扩展图像特征的无标定视觉伺服方法

系统仿真学报 2024年

作者：张淑珍成煜坤刘杨波查富生哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室兰州理工大学机电工程学院

针对传统无标定视觉伺服依赖图像雅可比矩阵的估计、相机各自由度运动耦合的问题，在基于图像的无标定视觉伺服的基础上，提出了一种基于扩展图像特征的无标定视觉伺服方法。通过分析视觉伺服过程中图像特征和相机位姿变化关系，将图像... 详细信息

针对传统无标定视觉伺服依赖图像雅可比矩阵的估计、相机各自由度运动耦合的问题，在基于图像的无标定视觉伺服的基础上，提出了一种基于扩展图像特征的无标定视觉伺服方法。通过分析视觉伺服过程中图像特征和相机位姿变化关系，将图像空间中视觉伺服过程分解为平移、拉伸、旋转、缩放四个基本过程；通过分析视觉伺服过程中图像特征变化规律，采用扩展图像特征补充传统图像特征的含义，以图像重心坐标、直线相对长度、两点距离、方向角等作为扩展图像特征与相机各自由度运动对应，通过图像特征误差直接控制机器人运动，实现不依赖图像雅可比矩阵的、解耦的视觉伺服。在CoppeliaSim平台进行对比仿真实验，结果表明本研究所提的方法与传统有标定视觉伺服在目标图像位置误差、相机位置误差和姿态误差相比分别降低了88%、94%、93%，并利用实物实验验证本算法的有效性。

关键词：机器人无标定视觉伺服扩展图像特征特征选择运动解耦

基于相位变化率的体目标与点源合成目标回波分辨

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 432-440页

作者：雍锦涛莫世奇陈云飞王振山贾兵李桂娟张阳哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001 水下测控技术重点实验室辽宁大连116013 大连理工大学信息与通信工程学院辽宁大连116024

针对水下体目标与多点源合成回波信号的分辨问题,本文基于体目标与多点源合成回波信号的形成机理差异,表征分析了影响水下目标回波相位形成的关键因素及水下体目标与多点源合成回波相位形成的差异性,基于2类回波信号相位变化率的特征差... 详细信息

针对水下体目标与多点源合成回波信号的分辨问题,本文基于体目标与多点源合成回波信号的形成机理差异,表征分析了影响水下目标回波相位形成的关键因素及水下体目标与多点源合成回波相位形成的差异性,基于2类回波信号相位变化率的特征差异,提出并建立了基于相位变化率的体目标回波与多点源合成回波的分辨方法。通过Benchmark基准潜艇缩比模型和多点源合成目标模型的特性仿真和湖上对比测试对2类回波信号的分辨方法进行了验证,仿真和测试数据分析结果表明:通过对比同方位角度范围内的回波相位变化率,可以对体目标回波与多点源合成回波进行分辨,验证了基于相位变化率的水下体目标与多点源合成回波分辨方法的可行性。

关键词：体目标多点源合成目标模拟回波相位变化率分辨方法特性仿真实验验证回波分辨

水下结构体俯仰运动对其水压场影响的数值分析

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船舶力学 2024年第10期28卷 1541-1558页

作者：李学智李松张揽月张姜怡荆晨轩哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 工业和信息化部哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

为研究水下结构体俯仰与平动耦合运动对其水压场的影响,利用势流理论分析结构体耦合运动的水压场,并借助重叠网格技术分别对结构体在平动、存在攻角的平动、俯仰运动、俯仰平动耦合四种运动状态下的水压场进行分析。以不同轴长比的椭圆... 详细信息

为研究水下结构体俯仰与平动耦合运动对其水压场的影响,利用势流理论分析结构体耦合运动的水压场,并借助重叠网格技术分别对结构体在平动、存在攻角的平动、俯仰运动、俯仰平动耦合四种运动状态下的水压场进行分析。以不同轴长比的椭圆型结构为研究对象,分析不同振荡角速度下的水压场。结果表明,椭圆型结构的俯仰运动会使水压场曲线的负压峰随时间变化产生偏移,俯仰振荡的角度越大,负压峰偏移的程度也越大。此外,椭圆型结构的轴长比也会影响曲线的偏移程度。椭圆型结构的俯仰振荡引起的水压场的频谱具有一个甚低频谱峰,该谱峰峰值对应的频率与椭圆型结构振荡的频率一致。

关键词：水压场椭圆俯仰运动重叠网格

水下运动平台的广义Radon变换目标参数估计方法

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：孙大军卢明洋梅继丹王少伯焦宏浩哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨工程大学水声工程学院

针对传统目标运动分析算法受静止单平台可观测性限制的问题，本文提出了一种基于广义Radon变换的水下运动平台目标参数估计方法。首先，方法在观测平台自身的运动参数已知的假设下，推导了目标方位与各运动参数的数学关系，在此基础上... 详细信息

针对传统目标运动分析算法受静止单平台可观测性限制的问题，本文提出了一种基于广义Radon变换的水下运动平台目标参数估计方法。首先，方法在观测平台自身的运动参数已知的假设下，推导了目标方位与各运动参数的数学关系，在此基础上通过对平台声呐测得的目标时间方位历程进行广义Radon变换，依次得到目标的航向角、速度以及目标相对于探测平台的初距，最终实现目标运动轨迹的解算。利用矢量阵的仿真数据对方法的可行性进行了分析验证，结果表明作为一种批处理类方法，方法无需进行迭代运算，易于实现，在较低信噪比条件下仍具有很好的估计精度和鲁棒性。

关键词：目标参数估计广义Radon变换时间方位历程水下运动平台目标轨迹估计匀速直航加速度矢量阵

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沉底式矢量水听器阵辐射噪声测量系统

应用声学 2024年

作者：胡园李天星曹建国郭龙祥极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨工程大学水声工程学院中国科学院声学研究所水下环境信息感知实验室

矢量水听器可以同步共点测量声场的声压和振速的各正交分量，具有与频率无关的偶极子指向性，有益于小尺度矢量水听器阵获取较高空间增益和测量目标低频段低辐射噪声。该文依据安静型水下航行器低频段辐射噪声测量的需求，进行了矢量阵... 详细信息

矢量水听器可以同步共点测量声场的声压和振速的各正交分量，具有与频率无关的偶极子指向性，有益于小尺度矢量水听器阵获取较高空间增益和测量目标低频段低辐射噪声。该文依据安静型水下航行器低频段辐射噪声测量的需求，进行了矢量阵测量增益的理论分析和仿真计算，并结合小尺寸水下目标低辐射噪声测量实际应用，设计了一种刚性沉底式矢量水听器阵低频辐射噪声测量系统。该系统实现了水下目标辐射噪声数据的同步采集、存储和实时传输。在千岛湖对测量系统进行了性能初步测试，结果表明，湖试环境中，相同孔径下，其指向性和近场聚焦性能优于声压阵，具有更好的空间增益，预计在水下目标低频段辐射噪声测量实际工程应用中有明显优势。

关键词：辐射噪声矢量水听器阵测量系统空间增益

应用加权子空间稀疏恢复的水声矢量阵测向方法

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声学学报 2024年

作者：梁国龙柳国龙李赢郝宇赵春鹏哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨工程大学水声工程学院

针对水下目标的高分辨方位估计问题，提出一种应用加权子空间稀疏恢复的水声矢量阵测向方法（UAVSA-WSSR）。该方法通过估计声压通道和振速通道的噪声功率获得噪声归一化的水声矢量阵数据，利用加权子空间拟合和重加权L1范数最小化技术... 详细信息

针对水下目标的高分辨方位估计问题，提出一种应用加权子空间稀疏恢复的水声矢量阵测向方法（UAVSA-WSSR）。该方法通过估计声压通道和振速通道的噪声功率获得噪声归一化的水声矢量阵数据，利用加权子空间拟合和重加权L1范数最小化技术，精确估计目标方位。该方法通过噪声功率加权和加权子空间稀疏恢复来提高方位分辨能力。仿真结果表明，该方法的分辨能力和估计精度优于多重信号分类方法（MUSIC）、基于增广子空间的多重信号分类方法（AS-MUSIC）和基于奇异值分解的稀疏重构方法(L1-SVD)。消声水池试验结果进一步验证，在一强一弱目标情况下，该方法的分辨能力优于另外三种方法。

关键词：测向重加权稀疏重构声矢量阵高分辨率

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潜艇主艇体模型水下水动力特性的数值分析

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：王欢方尔正洪连进哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学)工业和信息化部哈尔滨工程大学水声工程学院

基于STAR-CCM+仿真软件对Suboff主艇体模型的三维粘性流场进行数值研究，以获得具有较高精度的数值计算方法。通过将仿真结果和试验结果对比，分析不同的湍流模型和网格划分对计算结果的影响。结果表明：雷诺应力湍流模型仿真结果与试... 详细信息

基于STAR-CCM+仿真软件对Suboff主艇体模型的三维粘性流场进行数值研究，以获得具有较高精度的数值计算方法。通过将仿真结果和试验结果对比，分析不同的湍流模型和网格划分对计算结果的影响。结果表明：雷诺应力湍流模型仿真结果与试验结果最接近；当速度分别为5.92kn、10.00kn、11.84kn、13.92kn、16.00kn和17.99kn 时，相对误差小于3%的壁厚取值范围分别为：0.0002m-0.0008m、0.00004m-0.00006m、0.00004m-0.00006m 、0.00003m-0.00005m、0.00002m-0.0001m 、0.00004m-0.0002m，棱柱层总厚度取值范围为0.013m-0.12m，也可直接用公式计算。基于模拟分析结果，给出了AFF-1在改进网格划分方法后较为理想的数值计算结果。最后选择AFF-2模型验证了本文计算方法的准确性。

关键词：数值计算水下 Suboff主艇体模型 Suboff全附体模型湍流模型棱柱层第一层厚度总厚度

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含覆层圆柱空腔的声学材料水下吸声特性研究

振动与冲击 2024年第14期43卷 103-111,141页

作者：王世博胡博张昊阳陈骋陈峰哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

针对增加水下空腔谐振型声学材料的孔隙率导致吸声系数下降的问题,在声学材料的圆柱空腔外包覆多层覆层结构,提出了含覆层圆柱空腔的声学材料。采用有限元方法计算了声学材料的吸声系数,相比含圆柱空腔的声学材料,覆层圆柱空腔使声学材... 详细信息

针对增加水下空腔谐振型声学材料的孔隙率导致吸声系数下降的问题,在声学材料的圆柱空腔外包覆多层覆层结构,提出了含覆层圆柱空腔的声学材料。采用有限元方法计算了声学材料的吸声系数,相比含圆柱空腔的声学材料,覆层圆柱空腔使声学材料具有更低的吸声频带和更高的吸声能力。通过计算单极共振频率揭示吸声机理,覆层圆柱空腔比圆柱空腔具有更低的单极共振频率,使声学材料的频带更低。功耗密度场分布结果表明,多层覆层结构提供了更多的交界面,声波的散射增强从而声能损耗加剧。研究了多层覆层结构的模量和厚度分布形式对吸声性能的影响,模量呈正梯度变化与厚度呈负梯度变化的多层覆层结构分布形式能够使吸声覆盖层获得较好的低频吸声性能。

关键词：低频吸声性能吸声覆盖层圆柱空腔多层覆层结构参数呈梯度变化