尾流气泡幕对激光的传输特性研究

舰船在航行过程中会产生尾流区域,激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象,通过对散射光的探测和分析,能够实现检测与识别舰船的目的。文中研究了尾流气泡幕对激光传输特性的影响,并利用光纤光谱仪探测了尾流气泡幕的光强变化。实验仿真了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5、15和20 cm,气泡幕厚度分别为10、15 cm时的光强变化,并探讨了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。仿真实验结果表明,随着压强的增大,光强变化逐渐降低,气泡浓度与半径也随之增大;气泡浓度越大,光强变化越小;随着压强的增大,前向散射光强逐渐呈线性降低,而后向散射光强则会随之增大。

尾流气泡幕的光散射特性研究

【目的】对不同波长下激光的散射光特性进行研究,旨在选择一种能够识别海上舰船尾部留下的尾迹,并对尾流进行追踪的激光器。【方法】选择自由电子激光器(FEL-YBY)作为光源,与传统的选择He-Ne激光器作为光源进行模拟实验对比分析。通过空气压缩机来控制产生的尾流气泡幕,通过改变气压来探究尾流气泡幕的激光散射特性。【结果】通过理论模拟不同波长下的散射光强,发现随着散射角的增加,散射光强在减小,波长短的散射光强要大于波长长的散射光强,且整体振荡相似。通过实验模拟尾流气泡幕对不同波长的散射光强,发现随着压强的增加,散射光强减小,气泡幕的密度增加,同时散射光强的宽度随着压强增大而变宽,波长短的散射光强峰值宽度比波长长的峰值宽度窄。【结论】通过对尾流气泡幕的光散射特性进行研究,可以为舰船尾流的探测、识别及追踪提供一定的参考。

尾流气泡幕光谱特性研究

舰船在行驶过程中,因螺旋桨的搅动与空气和海水作用产生气泡幕,最终在船的尾部形成尾流。目前关于尾流光学研究主要集中在以宏观的海面成像判断尾流形状,以及水下尾流气泡幕的散射特性,少有学者研究尾流气泡幕的光谱特性。针对此,文中使用实验室设计的气泡幕发生装置模拟尾流气泡幕,并分析气泡的变化过程,包括气泡的大小以及受力情况。利用光纤光谱采集系统获取不同压强条件下气泡幕的透射光谱,分析了不同压强下尾流气泡幕透射光谱的光谱特性。结果表明,在不同实验条件下,透射光谱分布大致相同;气泡浓度对光谱测量值影响较大,气泡浓度越大,透射率越小;光谱测量值还受不同波段的光在空气中衰减程度不同的影响,其中长波透射率较大,所以430~550 nm波段内空气对光的吸收较大,相比较而言, 600~730 nm波段内的透射率较大。

舰船尾流气泡激光回波偏振压缩探测技术研究

对舰船尾流气泡探测是对舰船进行跟踪的一种独特的方法,采用蓝绿激光对尾流气泡探测是可行的。在分析蓝绿激光在海水介质中的衰减特性基础上,提出采用偏振压缩技术对大动态范围的激光回波信号进行压缩,提高对尾流气泡探测的精度和深度。

基于图像处理的模拟尾流气泡幕分类识别

提出了一种应用数字图像处理技术对模拟尾流气泡幕分类识别的新方法.文章介绍了BP神经网络的基本结构及其工作原理,通过仿真测试了BP神经网络对模拟尾流气泡幕图像的模式分类.应用灰度图像统计矩法得到了均值?归一化系数?三阶矩?一致性和熵等特征量,设定神经网络学习率为0.1时经过14次循环可以达到训练目标误差为0.001,此时网络对不同压强下的尾流气泡幕分类正确率到达100%.这种方法在处理尾流图像时具有直观、高效、精确等特点,易于应用于对尾流探测、识别等工程技术中.

水面舰船尾流气泡半径变化规律的研究

对水面舰船尾流气泡的半径随其所处深度变化的规律进行了理论分析,并比较了海水压力和气泡中气体扩散对气泡半径的影响幅度。结果表明:对于初始半径较大的气泡,其半径随深度降低而增大;对于初始半径较小的气泡,其半径随深度降低而减小;对于初始半径为70～80 μm的气泡。

模拟尾流气泡幕的灰度图像分析

为了对舰船尾流产生的大量气泡进行实时探测,对气泡的密度分布进行了分类判别,利用灰度图像直方图统计矩法,分析了随着压强增大,灰度直方图的峰值由较暗向较亮方向移动.应用图像处理技术对不同压强下模拟尾流气泡幕的统计特性参数(均值、三阶矩、标准偏差、归一化、一致性、熵)进行分析,研究结果表明:随着压强的增大气泡幕图像的均值递增说明平均灰度级在递增;三阶矩呈递减状态反映了图像灰度直方图的"歪斜程度";在其他4个参数的曲线中0.025 MPa所对应的值说明了所采集的气泡幕图像的纹理特征比0.02 MPa,0.03 MPa,0.035 MPa压强下的要粗糙;所提取的六个特征参数准确的表征了不同压强下气泡幕的特征.

气液两相弹状流动中气弹及其尾流气泡参数的瞬态测量

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压，实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数，并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱，对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量．实验结果及误差分析表明，该测量方法比传统方法在无流场干扰、测量结果多样性等方面显示出较强优越性．

实船尾流气泡对太阳光散射特性的影响

由于到达海表面的太阳光的主要能量分布在0．15—4μm之间，且海水的透过窗口也在此范尉内，太阳光在海水中具有一定的穿透能力。在海水中尾流气泡受到太阳光的照射会对其有明显的散射作用。利用尾流气泡太阳光散射特性与海水散射特性的差异可对尾流进行探测。本文利用Mie散射理论对尾流气泡的太阳光散射特性进行了研究，并存真实海洋环境中埘海水及文船太阳光散射特性进行了试验研究。研究表明，以太阳光作为光源，在一定深度可以探测到尾流气泡太阳光散射特性。

舰船尾流气泡检测系统设计

为了便于进行舰船尾流的测量试验,开展舰船尾流声反射强度随发射声信号频率、时间的变化规律,不同舰船目标尾流的长度、宽度和厚度以及尾流特性等研究,提出了舰船尾流气泡检测系统设计方案,制作了实验样机,并在水池中进行了简单的测试,结果表明:实验样机气泡检测功能正常,可用于实验室水池测量教学实验和湖海试验,对进一步开展尾流自导系统试验研究有重要意义。

舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析

利用Mie散射理论及其递推公式并结合舰船尾流气泡的测量结果,得到了舰船尾流中气泡群的散射相位函数。通过对散射相位函数的分析与讨论,得出:尾流存在时间及气泡群分布模型参数的变化对散射相位函数的影响较小,仅当小半径气泡密度增加时其后向散射强度略有减小;尾流气泡相对于海水的折射率变化是影响尾流气泡群散射相位函数的主要因素,相对折射率越大,后向散射越弱。

尾流气泡群后向散射光多普勒移谱特性研究

船舶在航行过程中会因为螺旋桨的作用产生大量的气泡,本文利用差动技术研究了尾流气泡群后向散射光多普勒移谱特性,在研究过程中首先阐述了差动多普勒探测原理,然后根据蒙特卡罗模型对整个频移进行无偏估计。最后进行了气泡数密度、气泡速度对后向散射光信号的多普勒频移影响的仿真实验,实验结果表明,二者与多普勒谱频移成正比。

舰船尾流气泡层散射相位函数及其后向散射信号特性分析

根据实测舰船的尾流气泡分布模型,利用米氏理论计算得到尾流气泡层的散射相位函数,并将其应用于尾流气泡层后向散射光接收信号的Monte Carlo仿真分析中,以便为实际海况下的舰船尾流气泡层后向散射光探测的实验设置与信号预测、分析提供可靠的依据。通过对不同距离处尾流气泡层的散射相位函数及后向散射光接收信号特性的分析,可以得出:尾流中气泡层散射相位函数的变化不明显,且对接收信号的影响较小;气泡数密度的变化导致的多次散射效应和气泡层衰减系数的变化是引起后向散射光强度变化的主要原因,数密度越大,散射光信号中的多次散射光成分越大;当气泡层厚度达到一定倍数的衰减长度时,继续增加气泡层厚度对后向散射接收信号的影响较小。

舰船尾流气泡后向光学检测方法研究

为探索舰船尾流后向光学检测方法,研究了尾流气泡对水中激光脉冲后向散射特性的影响。首先基于Fournier Forand体积散射函数,利用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法理论分析了近距离尾流气泡对激光脉冲后向散射特性的影响。然后,采用蓝绿激光脉冲作为光源,实验研究了模拟尾流气泡对激光脉冲后向散射信号的影响。研究表明,尾流气泡的存在会使得激光脉冲后向散射信号前沿位置在时域左移,后沿位置在时域右移,信号时域宽度增加,能量增强,峰值增大且位置在时域左移。最后根据研究结果提出了一种基于激光脉冲后向散射信号特征变化的舰船尾流气泡后向检测方法。

尾流气泡群的激光多普勒检测方法

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟,分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上,利用差动型激光多普勒探测方法,实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性,实验结果与理论模拟基本符合。研究表明,随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大,后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。

波浪中舰船远程尾流区气泡运动研究

为准确描述波浪中舰船远程尾流区气泡运动规律,分别建立了波浪中远程尾流场气泡质心运动和径向运动模型;并结合二维深水波模型,构建了波浪中尾流气泡运动耦合模型。采用变步长龙格库塔法进行数值求解,模拟得出波浪中尾流气泡的两个运动特征规律:(1)气泡在波浪中的上浮轨迹呈螺旋状,且气泡尺度越小,受波浪牵引作用越显著;(2)波浪的波长越短,波高越高,气泡在波浪传播方向的位移越大,但气泡的存留时间受波浪的影响很小。该模型考虑了真实海况中波浪对气泡运动的影响,可作为研究舰船尾流气泡运动特性及尾流场演化规律的理论基础。

利用光学摄影术研究尾流气泡规律进展

舰船尾流中气泡对尾流特性的研究起着重要的作用。尾流中气泡的形状、大小以及数密度分布都是探测尾流的基础。用光学摄影方法研究尾流气泡具有直观、简便的特点。文章综述了自1979年以来各种研究气泡尾流的光学摄影方法,并对未来的研究重点提出了一些建议。

远场微气泡尾流的后向散射线偏振度探测法

针对后向散射光强特性难以探测远场微气泡尾流的问题,利用矢量Monte Carlo方法对气泡尾流的多层多分散模型中线偏振光入射时后向散射的光强和线偏振度信号进行了仿真。验证了光强信号的"双尖峰"特性,同时发现了线偏振度信号的"双下降速率"特性,根据此特性提出了气泡尾流的线偏振度探测法。与常用的光强探测法相比,该方法的探测距离更远,气泡半径更小,是一种有效的远场微气泡尾流探测法。

水面舰船气泡尾流的电导率特性和热特性的实验研究

在实验室水槽中用微孔陶瓷管模拟了水面舰船的气泡尾流,采用自制的包含电导率探头和温度传感器的复合探头,测量了模拟气泡尾流的电导率信号,并在海上实测了不同水面舰船气泡尾流的电导率信号和热特征信号,分析了这两种信号的形成机理及其主要影响因素。实验测量结果表明:水面舰船气泡尾流区的电导率信号和热特征信号与非尾流区的信号具有显著差别,尾流区与非尾流区的信号差值与海洋垂直温度梯度的大小、目标船的吨位和吃水深度及航速的大小成正比。

采用脉冲激光探测模拟的舰船气泡尾流

分析了基于后向散射的脉冲激光舰船气泡尾流探测方法,设计并研制了基于该探测方法的实验装置,并在大型水池中对模拟的气泡尾流进行了探测,实验结果表明,该实验装置可以较好地探测到模拟的舰船气泡尾流。