未知信号传播速度的TDOA定位方法研究

研究了未知信号传播速度时的到达时间差(Time-Difference-Of-Arrival,TDOA)定位问题,提出两种联合估计信号传播速度和目标位置的定位方法。第一种方法为两步加权最小二乘方法。在该方法中,首先不考虑变量之间关系,得到一个关于未知变量的初始加权最小二乘估计。为改进第一步估计的性能,第二步考虑第一步估计中变量之间的关系,将其转换为一个标准的广义信赖域子问题,最终获得更高精度的估计性能。第二种方法为半正定松弛方法,通过构建非线性非凸加权最小二乘问题,然后利用半正定松弛技术将其松弛为凸的半正定规划问题,容易求解。仿真结果表明,所提两种方法均能够在高斯噪声下,且噪声不太大时达到克拉美-罗界。

基于头峰的多步分解反应过程热失控特征参数计算方法研究

目前微通道反应器在含能材料合成领域广泛应用,极大提高了合成过程的安全性,但是仍然需要关注物料的热稳定性。绝热条件下最大反应速率到达时间(TMR_(ad))与TMR_(ad)为24 h所对应的引发温度(T_(D24))是两个表征危险化学品及含能材料热分解危险性的重要特征参数,这两个参数的传统计算方法为单步N级法和数值计算法,存在分析过程费时费力的缺点。为此,根据差示扫描量热仪动态升温测试曲线,提出了基于头峰(即多峰曲线分峰后的第一个峰)的热分解失控特征参数计算方法,采用穷举法比较了该方法与模型计算法的T_(D24)偏差,进行了数值模拟验证,并基于文献实验计算了1,8-二硝基蒽醌、改性硝基胍(M-NQ)、1,5-二硝基蒽醌和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)4种物质的热失控特征参数。数值模拟结果表明,对于两步和三步连续反应,T_(D24)的最大偏差百分比分别为2.88%和6.9%,最大偏差为6.41℃;对于三步连续反应,T_(D24)最大偏差为5.39℃。结果表明,4种含能材料的T_(D24)计算偏差分别为-4.55,0.71,3.16℃和-0.84℃,与模型计算法得到的T_(D24)相比,偏差百分比的绝对值均小于2%,证实了T_(D24)计算方法的有效性,计算T_(D24)时偏差较小,计算简便,能够较为准确地获得其热分解失控特征参数。

自适应步长时程分析的新进展:从凝聚单元到降阶单元

研究发现,按最大模度量的自适应步长时程单元的成功求解,需要有限元解的结点精度与单元精度之比,以不低于2为佳;亦即■次单元的单元精度为■,则其结点精度宜达至■。作者提出的凝聚单元,符合此精度比条件,自适应求解表现出色。该文研究发现,■次常规单元的解答,包含了■次凝聚单元的解,进而提出了无须凝聚、无须超收敛计算、无须结点修正的简便高效的单元算法——降阶单元。该文对这一研究进展做一简介,并给出初步算例验证了该法的可行性和有效性。

三维三相达西流法及其在库车坳陷的应用

多相达西流法是油气二次运移模拟技术中最复杂的方法,存在三大技术难点:①模型十分复杂,求解比油藏模拟的难度大得多;②收敛性、稳定性不易保证,导致计算结果精度低、计算中途异常停止;③计算机耗时量巨大,在微机上算完一个大型盆地要花几天时间。为此,采用了基于PEBI(直交平分)网的有限体积法、基于牛顿迭代的全隐式法及ORTH-MIN(正交极小化)法,摸索出了"正确地选取一个模拟工区的最大允许时间步长"是解决上述三大技术难点的最大关键点,从而攻克了这三大技术难点。研发了三维三相达西流软件,并应用于库车坳陷,获得了较好的油气运聚史模拟结果。

滚磨光整加工的离散元模拟速度优化分析

滚磨光整加工作为提高和改善零件表面质量的重要途径之一,以其高效,低成本的特点在机械加工领域占据重要地位。在使用离散元法进行滚磨光整加工过程的模拟计算时,由于现有计算机运算能力的限制,常常因为模拟所需时间过长,导致无法高效、完整的完成整个模拟。有许多方法能够减少离散元模拟的计算量,缩短模拟时间,其中一种方法是通过适当增加离散元计算时迭代的时间步长来减少迭代次数,从而缩短模拟时间,但这种方法存在一定的条件限制,且可能会造成对磨块行为的描述不准确,甚至造成模拟结果的发散。基于对BJL-LL05型离心式滚磨光整加工过程的模拟,提出一种得到滚磨光整加工所能够适应最大时间步长的方法,以期达到显著减少模拟计算时间,缩短计算成本的目的。模拟速度最终可达到最高10倍的计算加速比,并进一步验证了调整滚磨光整加工时间步长的正确性。

半隐式半拉格朗日动力框架的动能谱分析

大量的观测事实表明自由大气动能谱与波数之间满足如下关系:在大尺度区域满足E∝k-3关系,过渡到中尺度区域表现为E∝k-5/3关系。数值模式动能谱是测量模式动力框架的耗散的直接度量,而耗散对模式的性能有着重要影响,因此动能谱是研究和评估模式动力框架的非常规的有效方法。文中使用基于半隐式半拉格朗日动力框架的全球/区域一体化模式GRAPES进行数值模拟试验,然后计算GRAPES模式的动能谱并与实际观测得到的大气动能谱比较,得到GRAPES模式能够很好地复制出实际大气动能谱的分布特征,包括从大尺度区域的E∝k-3关系向中尺度的E∝k-5/3关系的过渡特征。并且发现GRAPES模式存在最大有效时间步长,当时间步长小于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而逐渐衰减;当时间步长大于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而虚假增长。同时通过与实际大气动能谱比较,发现模式动能谱在5Δx波长附近开始明显衰减,因此将5Δx波长定义为GRAPES模式的最高有效分辨尺度;当空间分辨率提高与时间步长等相协调时,中小尺度模式动能谱向中小尺度延伸而更接近实际大气动能谱;当空间分辨率提高与时间步长等不相协调时,中小尺度模式动能谱存在较大误差,相应的大尺度模式动能谱亦存在较大误差。此外,时间步长对模式spinup过程有着重要的影响,较小时间步长时,spinup过程能够很好发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式能够在spinup时间内生成和发展出合理的中小尺度系统;而较大时间步长时,spinup过程很难发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式未能在spinup时间内生成和发展出合理的中小尺度系统。最后,GRAPES模式动能谱与WRF模式动能谱具有一致性,GRAPES全球中期模式能够完美地模拟出大尺度的E∝k-3动能谱特征。综上所述,本文通过研究GRAPES模式动力框架的动能谱得到了一些有意义的结果,为进一步研究、完善、优化和应用模式提供了科学的指导,可见动能谱是评估模式动力框架的有效方法。

基于极大初始时间步法的非线性静动力联合分析

静动力联合分析是考虑非线性条件下结构响应分析的关键技术问题之一。本文通过分析非线性有限元静、动力平衡方程的内在联系,并结合Newmark积分算法的隐式求解特点,提出了一种基于极大初始时间步法的非线性静动力耦合算法,可保证结构在静动荷载的耦合激励下获得合理的非线性地震响应。通过对Koyna重力坝的地震响应数值分析算例,验证了该算法的合理性与有效性。另外,该算法在各类隐式求解的通用有限元程序中均易于实现,可操作性强,便于工程应用。

网格尺度、时间步长和颗粒堆积率对射流床CFD模拟的影响

采用欧拉-欧拉双流体模型,在CFX4.4软件上增加用户自定义子程序模拟了高2.0m、宽0.3m的二维射流床内空气和玻璃珠体系的流体动力学特性.考察了网格尺度、最大颗粒堆积率和时间步长对射流的形成及发展过程、射流穿透深度及射流频率的影响,并与实验数据进行了对比.结果表明,对于本研究的气固体系,当床层下部纵向网格数为100、时间步长0.0005s时,不仅可以满足网格尺度和时间步长的无关性要求,而且模拟的射流穿透深度和射流频率与实验测量值的误差分别为5.7%和3.8%.最大颗粒堆积率在本研究范围对模拟结果的影响可以忽略.

基于最大时间阈值与自适应步长的时间相关性感知数据去冗余算法

针对传感器网络感知数据去冗余方法存在冗余度高的不足,提出一种基于最大时间阈值及自适应步长的时间相关性感知数据去冗余算法(TCDA).TCDA充分考虑了去冗余过程中,数据变动幅度大、局部最大值与最小值存在较大误差、局部特征值的丢失以及数据平稳时的数据相似阈值失效因素;TCDA在保证去冗余率的前提下,设置最大时间阈值防止数据相似阈值失效,确保数据的时效性;同时TCDA采用自适应步长机制降低计算复杂性,减少计算能耗.实验结果表明:TCDA与数据传输协议(DaT)方法相比,节约了3%的传输能耗和50%的计算能耗.

基于分层阿基米德Copula的金融时间序列的相关性分析

与阿基米德copula相比,分层阿基米德copula(HAC)的结构更具一般性,而相比于椭圆型copula它的待估参数个数更少。用两阶段极大似然法来估计HAC函数,主要的步骤是先估计出每个分量的边际分布,以此为基础再估计copula函数。实证分析中,采取Clayton和Gumbel型的HAC分析四只股票价格序列之间的相关性。在得出HAC的结构和估计其参数之前,运用ARMA-GARCH过程消除了序列的自相关性和条件异方差。通过比较赤迟信息准则,认为完全嵌套的Gumbel型HAC能更好地刻画这种相关性。

线性元时程积分按最大模自适应步长公式的证明

该文对运动方程时程积分解法曾提出一种线性有限元自适应步长求解的算法,给出了按最大模自适应步长的计算公式,其中含有步长h的5/2阶的分数阶次。该文对该公式给出数学证明,并通过单自由度和多自由度的数值算例验证了其5/2分数阶次是最优的。

基于无线传感器网络的自适应声源定位算法

基于声源能量的无线传感器网络(WSNs)最大似然定位算法抗噪声干扰能力强,定位精度高,同时适用于多个目标定位,但是计算量大,不适用于实时定位。针对现有算法的缺点,提出了一种基于自适应迭代的最大似然定位算法。该算法将代价函数作为目标函数,在给定的梯度误差范围内自适应地搜索目标位置。为了提高算法的收敛速度和定位精度,提出了基于Sigmoid函数的变步长的搜索算法。仿真实验结果表明:与最大似然定位算法相比,自适应迭代算法运算量小,定位精度高,能满足对目标定位精度和速度要求较高的场合,具有一定的实际应用意义。

基于QH-ITD和AMCKD的滚动轴承故障诊断研究

由于滚动轴承早期微弱故障易受噪声影响导致难以对故障进行诊断。针对原固有时间尺度(ITD)和三次样条插值改进ITD算法的不足以及最大相关峭度解卷积(MCKD)算法的滤波器长度参数选取困难的问题,提出基于四次Hermite插值改进的ITD(QH-ITD)算法和利用变步长网络搜索参数寻优改进MCKD(AMCKD)算法。该方法首先利用QH-ITD算法对原滚动轴承故障信号进行分解运算,然后利用峭度指标和互相关系数筛选相应的分量信号进行重构,再利用AMCKD算法中对重构信号进行降噪处理,最后利用Teager-Kaiser能量算子进行解调处理,提取出故障特征信息并判断故障类型。通过人工模拟的滚动轴承损伤故障诊断实验和全寿命周期的轴承早期微弱故障诊断实验,验证了所提方法可以有效地对滚动轴承的早期微弱故障进行诊断识别。

基于极大初始时间步法的某重力坝后背管静动联合分析

如何进行静动力联合分析是结构响应分析的关键技术问题。极大初始时间步法是在结构的抗震计算使用的时程分析的方法中在Newmark法的基础上,通过结合Newmark积分算法的隐式求解特点而优化得到的一种计算方法。它可以对结构进行静动力联合分析。本文以某重力坝的后背管作为研究对象,利用极大初始时间步法对结构进行静动力联合分析,通过对提取的静力结果和动力结果分析,得出此重力坝后背管薄弱的部位处于管坝交界处以及进水口处。

基于多载波时频迭代的最大似然TOA估计算法

在合理布局井下无线网络基站的基础上,提出了一种基于多载波时频迭代的最大似然TOA(Time of Arrival)估计算法,通过将小数延时不断迭代来缩小估计误差,确定合适搜索步长,实现对信号的精确TOA估计。仿真结果表明:时频迭代的最大似然TOA估计算法具有更快的收敛速度;在信噪比较小时,采用时频迭代的最大似然TOA估计算法比经典TOA估计算法有效地提高了估计精度。

基于极大初始时间步法的核电厂取水构筑物两侧翼墙抗震安全分析

压水堆（PWR）核电厂取水构筑物两侧翼墙是核电厂海域工程的重要组成部分,属于抗震类别Ⅰ类,其受复杂非均质地基的影响不容忽视。以某压水堆核电厂取水构筑物翼墙为研究对象,推导了基于极大初始时间步的粘弹性人工边界静动力联合分析模型,用以考虑结构-地基相互作用效应（即SSI效应）。利用有限元分析软件ANSYS建立了翼墙-地基三维静动力计算模型,模拟分析了非均质地基的几何形态复杂性。通过静动力联合分析结果与静力分析结果的对比,验证了所开发静动力模型的合理适用性。对翼墙开展了静动力联合分析,探讨翼墙的主应力分布规律和其关键部位在重力、静水压力、动水压力及地震等荷载效应组合下的加速度变化情况和结构构件内力分布规律,综合评价翼墙基础底面接地率、抗滑和抗倾覆稳定性等。计算方法和分析成果可为压水堆核电厂翼墙及类似结构的抗震安全评价与优化设计提供参考。

最大时间步长对SiC/Al复合材料浸渗模拟的影响

采用ProCAST软件模拟了SiC/Al复合材料的气压浸渗制备工艺过程,研究了模拟参数"最大时间步长(DTMAX)"对计算精度和计算效率的影响。结果表明,最大时间步长显著改变凝固过程的固相率,从而引起缩松缩孔和残余应力计算结果的明显差异;本研究所用63vol%Si C/Al复合材料浸渗过程且降温过程耗时在2 h以上的工艺模拟,最大时间步长参数优选为5 s,以兼顾计算精度和模拟效率。

相场方程的高效数值算法

本文回顾求解相场方程数值方法的一些最新进展.数值求解相场方程的主要难点在于非线性项和高阶微分项对时间步长有严格限制,而相场方程的数值模拟通常需要很长的计算时间才能达到稳定状态.众所周知,相场模型满足一种称为能量稳定的非线性稳定关系,通常表示为自由能泛函随时间递减.如何设计满足离散能量稳定的数值格式,使得可以进行大时间步长同时又准确地模拟,近来越来越受到重视.本文将针对一些常见的相场方程阐述几类广泛使用的高效数值格式,以及基于能量随时间的变化率而设计的一种时间自适应算法,使得数值解的准确性和算法稳定性得到保证的前提下,计算效率大大提高.

基于步长优化的扰动观察法在最大功率点跟踪中的应用

光伏阵列的功率输出极易受到光照强度、温度变化等环境因素的影响。为了保证光伏发电系统保持高效的输出,最大功率点跟踪技术就显得尤为重要。针对目前的最大功率点跟踪技术仍存在功率振荡、步长选择以及跟踪时间等问题,提出一种基于功率对电压的导数变化的变步长最大功率点跟踪算法。通过实时数字仿真器建立半实物125 k W"T"型三电平三相光伏发电系统,对比分析了改进型算法和传统两段步长算法的静态特性和动态特性,实验结果表明:所提出算法具有更好的有效性和实用性。