海洋油膜偏振反射特性仿真与测试

为了海洋溢油的检测与识别,在偏振特性建模中综合考虑天空的偏振辐射、油膜表面的动态反射、接收探测器的姿态和性能,进行全数字仿真,开展外场动态水面的实测,进行油膜偏振半实物仿真,最后对海洋溢油进行了偏振测试与分析。试验结果表明:在区分油品方面,汽油和水的强度差值为29.33%,线偏振度差值为0.97%,二者结合可较好的分辨溢油。

基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型设计

为提升船舶驾驶人员及船员的船舶整体认知以及海况应对能力,确保船舶航行以及作业安全,设计基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型。按船舶航行需遵循的物理定律以及原理,建立船舶航行运动姿态数学模型,并通过3Dmax构建船舶航行环境实体以及地形模型,利用PM海浪谱法构建海表面三维模型,而后通过Unity3D虚拟现实仿真软件驱动调整构建的三维模型,并对所构船舶三维模型采用改进混合包围盒法实施碰撞检测,把地形以及海浪等实际数据信息融入到导入的模型之中,仿真模拟船舶航行实景,实现人机交互。实验结果表明,基于虚拟现实技术实现的船舶航行实景三维模型,可较为真实模拟船舶航行实景,为确保船舶航行以及作业安全提供可靠参考与保障。

GPR信号去噪的变分模态分解

为了进一步提高探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据的信噪比,压制由随机扰动引起的随机绕射能量,将二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)引入二维GPR数据的噪声压制处理中。首先,对GPR数据进行2D-VMD处理,并分析各阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量及其对应的频率-波数域谱来确定雷达剖面中的各回波类型。然后,计算IMF分量与原始数据的互相关系数来确定信号模态和噪声模态,并对信号模态进行重构得到降噪后的数据。理论数据和实测数据测试表明,相比于传统的1D-VMD法,2D-VMD滤波后的含噪正演记录峰值信噪比由6.44 dB增加到7.72 dB;经2D-VMD降噪处理后的雷达剖面在保留有效信号的基础上,可以有效压制随机扰动带来的噪声,并且得到的雷达剖面同相轴连续性更好。

海浪谱法模拟海面场景仿真参数选取准则

为提升海面场景模拟的物理真实感,本文探讨了仿真参数对海洋粗糙面模拟精确性的影响,并建立了海表模拟中仿真参数的选取准则。依据海浪谱和随机过程统计理论,采用自相关函数研究了海面相关长度随风速变化规律。通过建立海浪蒙特卡罗仿真模型,结合随机粗糙面误差分析,提出了不同风速条件下海面场景仿真参数的选取准则。研究表明:将海表模拟的采样间隔限定在顺风向相关长度的0.1~0.5倍,可显著提高海面场景模拟的精确度;而当海面仿真参数超出上述范围时,可能导致海面场景模拟失真,进而影响其视觉真实感。本文所提出的仿真参数选取标准可为开发航海模拟器提供技术支撑。

高速铁路0.01~1 m波段高低轨道不平顺特性分析

随着我国高速铁路发展规模的不断扩大及运营速度的不断提升,轨道短波不平顺引起的振动与噪声问题日益严重。深入研究高速铁路短波不平顺的时域、频域与时频域特征,对精准掌握高速铁路轨道短波平顺状态及其引起的车-轨系统振动、伤损等一系列问题具有重要的参考价值。以某高速铁路实测0.01~1 m波段轨面高低不平顺数据为研究对象,经过数据预处理剔除异常值并消除趋势项后,对实测不平顺数据进行时域分析,得到该高铁线路短波不平顺数据的统计与分布特性。采用平均周期图法计算该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度,应用非线性最小二乘拟合优化算法进行拟合,提出高速铁路轨道短波不平顺谱。从时频域角度对该段数据进行经验模态分解与希尔伯特变换,分析该高铁线路短波不平顺的希尔伯特谱与边际谱。研究结果表明:该高铁线路轨道短波不平顺数据各统计量幅值都较小,且近似服从正态分布;该高铁线路轨道短波不平顺功率谱密度存在与钢轨波磨有关的多个周期性成分,提出的高速铁路短波不平顺谱函数能够很好地对实测功率谱密度进行拟合,且拟合效果优于经典的SATO建议的短波谱与50 kg/m钢轨的短波谱;对该高铁线路轨道可能存在的短波病害进行识别与定位,时频域分析的方法可以较好地应用于高速铁路轨道平顺性的分析与日常的管理维护。

关于脉搏波谐波产生机理、分布特性及相关心率检测方法的研究

传统中医认为人体特定的脉搏波频率特性与其脏腑的功能有关。为了研究和阐明脉搏波谐波的产生机理和分布特征,通过对理想脉搏波的离散傅里叶变换进行理论研究,并将真实脉搏波的频谱与理想脉搏波频谱进行比较和分析,验证了真实脉搏波谐波现象存在的合理性。在此基础上,文章提出了一种基于脉搏波谐波特性的更为稳定的心率计算方法。该研究为脉搏波的频域分析奠定了理论基础,对各种类似的准周期信号的分析也具有一定的应用和参考价值。

10 MW级海上风电新型浮式基础结构强度分析

针对应用于50 m水深海域的10 MW海上风力机,设计由三浮筒及三立柱组成的新型浮式基础,建立带有骨材结构的有限元分析模型。对于有关此新型浮式基础的设计波参数,一般选用随机性设计波的方法来确定,对波浪载荷工况下的整体结构。重点研究浮筒的骨材尺寸以及骨材间距对新型浮式基础强度的影响规律,并得到纵横骨材尺寸组合对新型浮式基础整体强度的影响规律。研究表明,新型浮式基础结构高应力区域位于3个浮筒连接处,浮筒板单元应力水平受骨材尺寸和骨材间距的共同影响,采用合适的尺寸间距组合可在应力水平相当的情况下显著降低用钢量。

能谱CT结石成分分析在泌尿系结石体外冲击波碎石中的应用

目的:探讨能谱CT结石成分分析在泌尿系结石体外冲击波碎石(ESWL)中的应用效果。方法:选取2022年5月—2023年8月惠州市中心人民医院门诊治疗的160例泌尿系结石患者,按照随机数表法将其分为两组,各80例。两组均接受ESWL治疗,在此之前,对照组采用常规CT平扫进行结石密度计算,试验组采用能谱CT进行结石成分评估。比较两组手术相关情况、结石清除率及并发症发生率。结果:试验组一次碎石成功率高于对照组,平均体外冲击波次数、最高工作电压平均值低于对照组,平均碎石时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组结石清除率为95.00%,高于对照组的83.75%,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组>24 h肉眼血尿发生率均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);但两组其余并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:在泌尿系结石ESWL中应用能谱CT结石成分分析能为手术创造有利条件,确保一次碎石成功,提高术后结石清除率,并减少平均体外冲击波次数,缩短手术时间,降低>24 h肉眼血尿发生率。

随机海况下浮式结构物时域响应分析

为快速准确地获得随机海况下浮式结构物的时域响应,提出一种快速计算结构时域响应的方法。建立有限元应力模式的动力学方程,论证节点在周期荷载作用下的稳态解形式;推导节点应力响应函数的计算公式;将海况波浪谱分解,通过叠加应力响应方式计算随机海况下节点应力的时域响应。通过数值仿真验证及具体的工程项目应用,证明了该方法的可行性和优越性,为浮式平台时域疲劳分析提供了一种新思路。

西藏努日铜多金属矿南矿段地质特征及短波红外光谱的勘查应用

西藏努日斑岩-矽卡岩型矿床作为冈底斯成矿带上发现的唯一具有Cu-W-Mo矿化组合的大型矿床,带上找矿潜力较大,成果丰硕。随着区带成矿理论和矿区研究程度的深入,亟需使用新的方法和技术手段来满足区内深部找矿的需要。本次研究利用短波红外光谱技术SWIR(Short wave infrared),对努日铜多金属矿床南矿段中典型蚀变矿物进行研究,根据其矿床地质特征、蚀变矿物组合、分带特征以及光谱分析结果,总结了矿区典型蚀变矿物短波红外光谱特征值分布规律,进而确定其勘查标志。研究认为白云母的吸收峰位值Pos2200>2208 nm、伊利石的吸收峰位值Pos2200>2203 nm、绿泥石的吸收峰位值Pos2250>2249 nm的大量或连续出现,可以作为努日矿区矽卡岩型铜多金属矿床有效的蚀变矿物勘查指标;在此基础上,综合努日南矿段地质特征分析、蚀变矿物分布规律分析,对矿区深部斑岩型铜矿进行成矿预测,认为南矿段45线东侧深部的石英闪长(玢)岩具有斑岩型铜矿找矿的潜力,为矿区下一步的找矿提供了方向与思路。

改进的高压气枪震源气泡物理模型及其应用

基于可压缩气泡动力学理论,建立改进的高压气枪震源气泡物理模型,其中考虑气枪气泡系统之间的物质输运效应、气液热传导等多种影响因素.改进模型的计算结果与实验数据吻合良好,且优于传统模型.在此基础上,本文分别探究了特征参数对单枪和双枪气泡动力学特性及流场压力波的影响规律.研究表明气枪开口方式是模拟压力波首脉冲的关键因素,但是对于后续的气泡溃灭脉动压力影响较小;气枪平移运动对气泡的影响可忽略不计;气枪非同步激发可在保证压力波低频段能量不降低的前提下,在一定程度上削弱高频段能量.本研究旨在为深海资源勘探新型气枪的设计提供参考.

空时联合的声学测高测流阵列海浪方向谱估计

提出了一种空时联合的声学测高测流阵列海浪方向谱估计方法,使用五波束声学多普勒流速剖面仪(ADCP)构建声学海表跟踪测高、声学多普勒测流速分时采样的空间阵列进行海浪方向谱估计。依据线性波浪理论和时空等效性原理,提出适用于空时阵列的时间空间传递函数,在协方差矩阵中补偿时间延迟项,减小方向谱估计误差。仿真结果表明:在0 dB至5 dB低信噪比时,相比于同步四波束阵列法,此方法的方向谱谱峰估计值均方根误差更小。海试结果表明:五波束空时联合阵列法相比于同步四波束阵列法,估得方向谱峰度从2.31提升至2.80,小波浪组次谱峰波向结果与浮标结果的相关系数从0.80提升至0.83。同时,空时联合法能提升测波自由度、减小阵列最小孔径,提高了可估方向谱的上限截止频率。

基于改进奇异谱分析的毫米波生物雷达干扰抑制方法

针对毫米波雷达间的互扰会造成生物雷达获取的微弱生命体征信号被淹没,导致无法准确测量呼吸心跳的问题,本文提出基于改进奇异谱分析的方法抑制雷达间互扰,通过相关性计算从受扰信号中选取目标差拍信号重构以抑制干扰和消除背景噪声。进一步提出基于信息熵的集合经验模态分解方法消除差拍信号残留的相位噪声,通过信息熵计算从集合经验模态分解后的固有模态函数分量中选择呼吸和心跳信号以抑制残留噪声。实验结果表明,所提出的方法能有效地从受干扰的信号中恢复呼吸和心跳信号,提高呼吸和心跳的信噪比。因此,本文所提方法提高了生物雷达的抗干扰能力,增强了生物雷达的实用性。

GPR绕射波与反射波分离的变分模态分解方法研究

针对传统绕射波与反射波分离方法易造成有效信号丢失的问题,本文利用二维变分模态分解(2D-VMD)进行探地雷达(GPR)数据的绕射波与反射波分离。对二维GPR数据进行2D-VMD分解后,可得到包含从低频低波数到高频高波数的各阶模态分量及各阶模态分量的F-K谱。通过分析绕射波与反射波在频率-波数域的差异,分别重构绕射波与反射波对应的模态分量,得到分离后的绕射波与反射波数据。数值模拟与实测数据处理结果表明,相比于传统方法,该方法可以有效分离绕射波与反射波,并且不损失任何有效信号。

基于压电传感器的混凝土空洞缺陷发展与修复监测试验研究

为监测混凝土结构服役期间其空洞缺陷的发展情况、缺陷修复后混凝土的缺陷程度并判定相应的抗压强度,探索一种基于应力波的监测方法:将两枚压电传感器粘贴在混凝土试件表面,一枚作为致动器,另一枚作为传感器,利用信号源产生电压信号激励致动器产生应力波,同时测量试件在不同空洞缺陷直径下及缺陷修复后传感器的输出电压,引入输出电压的特征值,之后测试相应试块的抗压强度,建立特征值与混凝土抗压强度间的定量关系评价混凝土力学性能。通过有限元模型研究了混凝土在不同直径的空洞缺陷下应力波的传播特性,证明了幅值与相位表征混凝土缺陷程度的可行性,由此提出基于波飞行时间的损伤参数和基于幅值的能量指数评价混凝土缺陷状态。最后设计了混凝土空洞缺陷发展与修复监测试验,采用扫频信号和脉冲信号对试块进行监测并提取特征值(能量指数、损伤参数)评价混凝土缺陷修复前后的缺陷状态及抗压强度,验证了该方法的可行性并给出了不同激励信号的适用条件。

用频装备电磁频谱参数泄露风险评估方法

针对通信、雷达等用频装备日益突出的电磁频谱使用安全,以及电磁频谱参数泄露风险量化评估难等问题,本文采用数值、解析等方法对敌我用频装备发射特征、接收敏感特征及天线辐射特性等进行电磁特征参数建模;结合电磁频谱参数泄露完整的通信链路结构,从用频装备效能与电波环境影响角度进行分析,运用网格剖分思想,量化分析用频装备电磁频谱参数泄露概率,提出一种电磁频谱参数泄露概率计算方法,并通过仿真验证了该计算方法。计算得到地面固定雷达L1和1000跳发射电台M1分别在300~450 km和350~450 km范围内的泄露概率值,实现了电磁频谱参数泄露风险量化评估,解决了电磁频谱参数泄露风险量化评估难问题。

考虑周期折减的结构弹性时程分析调整方法

针对结构弹性时程分析时无法考虑周期折减的问题展开研究,通过对比结构时程分析的过程中,地震波的选取是否考虑周期折减的差异,提出采用增大系数放大时程分析法输入地震波有效峰值加速度以及地震响应;考虑弹性时程分析过程中,周期折减对结构地震作用的增大效应。理论分析增大系数取值的影响因素,并基于单自由度体系对比两种调整方法的效果及差异,采用实际算例以验证所提出弹性时程分析中考虑周期折减调整方法的有效性。结果表明:增大系数的取值与周期折减系数、结构自振周期及场地特征周期等因素有关;对于单自由度体系,两种调整方法具有完全相同的调整效果;按文章提出方法考虑周期折减的算例结构,弹性时程分析所得各楼层地震剪力及层间位移角与考虑周期折减的反应谱(CQC)计算结果均较为接近。

基于文氏谱海浪的无人机海面多径信号传播特性研究

针对无人机海上通信场景,对其海面多径信号传播特性进行了重点研究分析。完成了基于文氏谱的海浪模型建模;分析了海浪对多径信号传播的影响,建立了适用于不同海况下的无人机海面多径信号传播模型;仿真得到在不同海况下多径信号有效反射点数目与多径信号衰减幅度,并给出无人机通信链路误码率曲线;分析结果表明,海况恶劣程度决定海面多径信号传播情况,进而对无人机通信系统效能造成干扰,该研究为海上无人机通信系统设计具有重要意义。

针对一次对流云降水反演大气垂直运动速度及雨滴谱

反演大气垂直速度和雨滴谱分布是研究云降水机制和云微物理信息的重要内容,对人工预报天气、干预天气都有重要意义。针对2021年8月29日安徽省内毫米波雷达探测到的一次对流云降水过程,处理毫米波雷达的功率谱数据并进行大气垂直速度和雨滴谱反演。在小粒子示踪法的基础上引入改进小粒子示踪法:选取有效云信号段中最小功率对应的谱点作为反演大气垂直速度的示踪物。首先,根据改进前后的小粒子示踪法分别从功率谱数据中反演大气垂直速度,并跟基数据反演大气速度的结果展开对比分析。进一步得到粒子在静止空气中的下落速度,根据现有粒子下落速度-粒子直径之间的经验公式计算反演粒子直径。研究表明:(1)采用改进后的小粒子示踪法反演大气垂直速度得到的结果比小粒子示踪法得到的结果更精确,在云层内部两者误差较大;(2)进一步得到粒子下落速度,结合探测时段的天气状况,得到的粒子速度与大气速度可很好地契合,跟对流云天气情况信息大致吻合;(3)粒子浓度是反演雨滴谱分布时需要注意的主要参数,云在快速发展过程中,内部粒子持续朝外部扩张,云内部的粒子浓度较小,云边界的粒子浓度反而较大。

不同路径台风作用下三门湾海域波浪特性研究

为了研究台风天气下海域的波浪特征,以浙江中部三门湾海域为重点研究区域,基于MIKE21 SW模型模拟了6个台风波浪过程,分析了不同路径台风影响下三门湾海域内有效波高和波浪谱情况。研究表明,三门湾海域在台风影响下有效波高和风速呈现出较为一致的变化趋势,台风“麦莎”期间研究海域内最大有效波高超过2 m。该海域受台风影响最大期间,波浪能量集中在东北至东南区域。登陆型台风“麦莎”和登陆后转向型台风“罗莎”的波能谱是以风浪为主的单峰谱,转向型台风“蔷薇”和“泰利”的波能谱以双峰为主,波浪是由涌浪和风浪组成的混合浪,其中风浪占比成分较大。西移型台风“海马”的波能谱是以风浪为主的单峰谱,同时伴随有少量涌浪。外海转向型台风“潭美”的波能谱是以涌浪为主的单峰谱。