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[硕士论文] 陈志飞
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:超声相控阵作为无损检测技术之一,广泛应用于航空、交通、军事、医疗等工业领域。超声相控阵检测技术具有检测效率高、可靠性强、检测结果可视化、实时性好以及操作方便等众多优点,逐渐发展为国内外无损检测领域研究的热点技术。
  本文针对基于FPGA的超声相控阵控制系统进行相关的研究。首先,阐述超声波的物理和传播特性,探讨超声声场的基本性质,分析阵元间距和延时精度对超声检测分辨率的影响。随后,详细介绍超声相控阵控制系统的硬件设计方案,具体包括核心器件FPGA、激励发射、隔离限幅、采集接收、回波缓存、电源系统以及FPGA配置等相关电路设计,并完成系统硬件设计。同时,设计基于FPGA的粗细延时发射模块、LVDS信号接口、LVDS信号数据串转并模块、数据存储模块、波束合成模块以及SPI通信模块等功能模块,并分别对各个模块的功能和时序进行仿真和验证。
  然后,搭建超声相控阵硬件系统,并对供电系统电路、发射电路、限幅隔离以及接收电路进行调试。进而,对超声相控阵系统进行实际探伤测试,得到与检测缺陷接近的结果图像。
  最后,通过对探伤实验结果成像的分析,表明本文基于FPGA的超声相控阵控制系统技术的研究与硬件电路的建立,不仅能够达到超声相控阵探伤检测基本要求,而且使超声系统检测的准确性得到了提高。
[硕士论文] 朱静坤
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:空气是由多种成分构成的混合气体,使用等焓和等熵膨胀,将热量从空气中抽取,使其降温,直到降低至冷凝温度后开始液化,从而将不同成分的氮、氧、二氧化碳等气体逐一分离。液化空气站在这些工艺过程中需要空气过滤设备、空气压缩膨胀设备、附属冷却装置等。随着中国工业的高速发展,高纯度空气产品需求量不断上升,因而液化空气站近年来在中国各个发达城市广泛蔓延开来。本文介绍了液化空气站的概念,分析了大型液化空气站内噪声源的类型及特性,对液化空气站内具代表性的冷却塔、自洁式空气过滤器、空分厂房等噪声源进行了噪声影响预测,根据预测结果进行声源的噪声控制试验研究,使液化空气站厂界敏感点噪声达到了《声环境质量标准》(GB3096-2008)及《工业企业厂界噪声排放标准(GB12348-2008)》中的3类标准的要求。主要有以下内容和结论:
  (1)分析与研究国内外对液化空气站中主要噪声源的治理方法。得知强制湿式机械通风冷却塔的噪声原因由以下导致:风机进排气、填料淋水、冷却塔水泵运行、电动机运转等。其噪声主要有空气动力性噪声构成,频带呈现中低频特性。空气过滤器噪声主要由空气动力性噪声、风机壳体振动相关的固体声,频带呈中低频噪声,尤其是低频噪声治理是其难点。空压机组噪声主要来源为风机进排气噪声、“喘振”、“液击”等构成,其低频噪声穿透力强,是治理的难点。本文通过实地测量分析得出冷却塔进出风口lm靠近南厂界方向噪声分别为79.7dB(A)、85.1dB(A),自洁式空气过滤器扩散口噪声为84.5dB(A)。对其噪声频谱进行分析后得出,两类噪声主要特征为中低频噪声,并进行噪声源噪声影响预测与控制试验研究。
  (2)本研究选取位于3类声环境功能区的液化空气站内的自洁式空气过滤系统、冷却系统噪声源为研究对象,利用《环境影响评价技术导则声环境》(HJ2.4-2009)中的噪声衰减预测模式以及应用能量叠加法的面声源预测模型,根据噪声源的类型、特性及位置选取不同预测模型进行预测,以液化空气站厂界外5m处宿舍楼为敏感点,预测各声源的噪声水平、垂直距离衰减的叠加噪声影响。结果显示冷却塔机组进风面噪声衰减预测中利用环评导则和能量叠加法最终得到的预测值与实测值的误差分别在2.6dB(A)、1.3dB(A)范围内,本研究中将冷却塔机组进风口看作面声源并利用能量叠加法进行噪声衰减预测得到的预测值更符合实际情况,根据预测冷却塔机组、自洁式空气过滤系统所需的降噪量分别为16.5dB(A)、2.3dB(A)。
  (3)根据预测结果分别进行了自洁式空气过滤器、冷却塔机组的降噪试验,试验对自洁式空气过滤器安装整体吸隔声罩、在进风口安装阻抗复合消声器,降噪试验完成后自洁式空气过滤器进风口噪声降低16.1dB(A),试验前后进风风速增加0.2m/s,增加阻力损失为7.93Pa,风速及阻力损失控制在合理范围内;试验在冷却塔进、出风口安装阻抗复合消声器,试验完成后冷却塔机组噪声降低22.1dB(A),阻力损失为9.39Pa,满足预测所需降噪量,各楼层测点噪声均满足《声环境质量标准》(GB3096-2008)中3类区的噪声限值标准。
  (4)液化空气站内空分厂房的噪声及振动对厂界噪声影响较大。本研究选取位于3类区的液化空气站中空分机房为研究对象,利用环评导则中的室内声源等效室外声源声功率级的方法对机房内声源噪声对隔壁楼层噪声影响进行预测分析,分析得出1楼室内噪声超标主要受空气声、固体声的共同影响,2、3楼噪声超标全部由机房内设备振动引起固体传声导致。
  (5)根据分析结果进行了空分机房隔振和降噪试验,试验采用混凝土基座、弹簧减振器和橡胶减振垫结合的复合隔振结构对空压机机组进行隔振处理、在压缩主机下安装双层橡胶减振垫、在机房内吊挂吸声体并更换隔声门、隔声窗,试验完成后办公楼1层内昼间噪声从65.1dB(A)降至48.6dB(A),各楼层的噪声均达到《社会生活环境噪声排放标准》(GB22337-2008)表2、表3中3类区的要求。
[硕士论文] 张伟
车辆工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:动力吸振器是一种广泛应用的振动控制装置。传统动力吸振器有效减振频带很窄,在非调谐状态下,减振效果会显著变差。变质量动力吸振器通过调节吸振器自身质量来实现固有频率的改变,从而获得较好的宽频减振效果。变质量动力吸振器通过容器中液体量的变化改变质量,当液体介质无法充满容器时会产生液体振荡现象,影响吸振器性能。为了研究这一问题,本论文利用ANSYS Workbench平台建立流固耦合模型,对变质量动力吸振器工作过程中因液体介质振荡所引起的减振性能变化进行了仿真分析和研究,并搭建了相关实验系统,验证了仿真结果。同时,研究了液体介质粘度的变化对吸振器减振效果的影响。
  本文主要研究内容如下:
  (1)在阐述二自由度系统振动理论的基础上,研究了变质量动力吸振器减振原理。介绍了有限元方法的基本思想和步骤。
  (2)分析了液体介质变质量动力吸振器在工作过程中产生的流固耦合现象。根据流固耦合基本原理,构建了流固耦合控制方程,介绍了流固耦合分析中常用的特殊边界条件,及流固耦合数值计算方法。分别建立了流固耦合相容时间积分方程和有限元方程。
  (3)利用ANSYS Workbench构建了主系统—变质量动力吸振器结构模型和流固耦合模型,进行了数值仿真,并对仿真结果进行了初步分析。
  (4)搭建了实验系统,研究了流固耦合作用下液体介质变质量动力吸振器的减振性能。对比了仿真数据与实验数据,结果表明两者具有较好的一致性,证明仿真结果是正确的。分析了液体介质粘度的变化对吸振器减振效果的影响。
[硕士论文] 孔维新
声学 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:压差式矢量水听器的校准一直是一个较难解决的问题,针对此问题本文设计了一中基于光纤传感的压差式矢量水听器对其传感原理进行了理论分析,并为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真并作比较。此类研究方法对压差式矢量水听器的应用具有重要的作用和意义。世界各国对海洋资源开发和海洋探测的需要对光纤水听器和水声矢量探测器的研发和应用提供了有力的推动作用。
  在构成原理上本文所设计的压差式光纤矢量水听器是以Michelson光纤干涉仪为信号传感基础,以顺变柱体和声压感应膜片为矢量水听器的载体,以电信号的分析来解调声场中的声压差以及声场的矢量信息。在传感原理方面,压差式光纤矢量水听器通过顺变柱体两端的声压感应膜片来接受声场中的声压梯度信息或质点振速信息,然后将声场中的压力信息通过顺变柱体传导到顺变柱体并引起顺变柱体的物理性变,进而由缠绕在顺变柱体两端Michelson光纤干涉仪的量光信号传感臂探测到形变信息并将此形变信号转化为光纤干涉仪中的光干涉信号。
  文章在对顺变柱体在静态条件下应力应变分析的基础上分析了顺变柱体在外界声压作用下的形变方程,并在此基础上分析了压差式光纤矢量水听器顺变柱体膜片复合结构同缠绕光纤之间在外加声压作用下的耦合形变。同时在此基础上推到了矢量水听器的声压-相移灵敏度输出原理,并得到了精确的相移输出公式。
  随后分析了各设计参数对影响矢量水听器声压-相移灵敏度的影响,并对其一一作了计算机仿真分析,又在此基础上分析了矢量水听器在动态测量条件下的谐振对其矢量测量的影响。
  最后在前面分析和总结的基础上对其动态条件下的声压-相移灵敏度作了仿真分析,并对影响矢量水听器相移输出的各要素作了详细的讨论和分析,同时在矢量水听器声压-相移灵敏度频率响应分析的基础上分析了在不同条件下矢量水听器的指向性曲线。
[硕士论文] 王余
船舶与海洋工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:阵形畸变是影响拖曳线列阵声纳探测性能发挥的重要因素。实时估计阵形并进行校准,使阵形的实时变化与声纳信号处理模型相匹配,是解决这个技术问题的基本思路。本文针对这一问题,以实现缆阵-拖线阵-尾绳全缆阵形估计为目标,采用理论建模与实验验证相结合的研究思路,通过运用缆阵动力学建模与声纳信号处理耦合分析方法,对阵形估计问题进行研究,主要工作如下:
  (1)以拖曳运动方程为基础,通过综合缆阵各阵段的动态及其与拖曳平台和海水之间的作用,建立描述缆阵全阵段运动的控制方程组,为分析拖曳平台、海流等环境因素影响提供理论基础。
  (2)采用数值计算方法,通过对缆阵空间步长进行离散求解,实现缆阵运动微分方程组的动态求解,提高数值计算精度和速度。
  (3)建立拖曳时变阵形-波束形成的耦合效应仿真环境,直观显示缆阵畸变时对拖曳线列阵声纳方位估计(测向)的影响,为阵形校准提供效果演示条件。
  (4)研究拖曳线列阵声纳阵形估计算法,建立阵形估计算法的统一求解框架,并针对拖曳线列阵声纳的几何结构特点进行仿真分析,验证算法的有效性。
  研究对于推动拖曳线列阵声纳阵形估计与校准技术的成熟化和工程化应用,进一步提高拖曳线列阵声纳战术性能具有重要作用。
[硕士论文] 李亮
电子与通信工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:目标方位估计是进行水下目标探测与定位的重要研究内容,无论在民用领域还是军用领域都具有重要意义。随着水下目标高频消声性能增强,迫使声纳的探测向低频方向发展,而这就意味着需要增大声纳系统的阵列孔径。在实际使用过程中,声纳基阵的空间几何尺寸往往会受到诸多限制。扩展阵由于其灵活的收扩性能,不用时可通过收合的方式减小占地空间,使用时可通过展开的方式增大阵列孔径,在某些安装尺寸受限的平台得到了广泛应用。论文的研究基于工程应用背景,目的是为一个12臂24阵元的扩展阵设计一套可工程实现的方位估计方法。
  论文首先对扩展阵方位估计相关的经典算法进行了深入研究,分析了其各自的特点和适用范围;然后结合研究对象的具体使用环境和结构特征进行了算法改进优化,设计了一套适合工程实现的方位估计方法;最后以计算机仿真和水池、湖上试验为手段,分析和验证了算法性能。仿真结果表明:DC加权处理可以明显抑制旁瓣级;对阵列输出信号的采样频率越高,输出指向性函数主瓣越平滑;预成波束越多,方位估计越准确,随着波束宽度降低,误差增大,且误差呈现一种周期变动的特征,周期约为30o;基阵姿态误差补偿算法可以给目标方位估计带来的积极作用。水池和湖上试验的结果表明:论文设计的算法在实际测向过程中,分别在信噪比为12dB和15dB的条件下,方位估计均方误差小于0.5o,采用姿态补偿误差算法后,可以有效平滑水流扰动、阵旋转等基阵姿态变化带来的误差。
  论文的研究成果为12臂24阵元扩展阵目标方位估计的工程实现提供了一定的理论支撑,但离真正的工程应用还有一段距离,需要在数据处理实时性优化、复杂条件下的试验验证等方面展开进一步研究。
[硕士论文] 杜东坡
机械设计制造自动化 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:在通信、导航、雷达、电子对抗等系统中,高灵敏元件作为精密定时元件,其性能往往直接决定电子设备的性能,而电子设备往往工作环境复杂,尤其是振动和冲击会严重影响高灵敏元件的精度。因此对高灵敏元件进行减振结构设计,来提高电子设备的工作性能非常必要。本文主要以高灵敏元件的减振结构设计为主,结合理论分析和实验验证,来最大限度的降低振动对高灵敏元件工作性能的影响。
  首先,以机械振动学中的单自由度系统引入了工程领域中常用的一级线性减振系统。通过一级线性减振系统的动力学方程,得出了刚度和阻尼与一级线性减振系统隔振率的关系。总结一级线性减振系统存在的优势和局限性,提出了二级线性减振系统,其中无阻尼二级吸振系统和阻尼二级吸振系统都是主要用于系统自身工作频率引起振动的减振,阻尼二级吸振系统相比减振频带更宽,而二级隔振系统主要用于提高系统高频的隔振率。
  其次,由于本文所涉项目主要要求系统80Hz的隔振率达到95%以上,而且激励振动频带是20-2000Hz的基础位移激励,结合前面章节的分析结果,设计了一个一级线性减振装置,该一级线性减振装置通过线性弹簧的结构配置可以实现被保护对象的三向减振。通过对该减振器的参数设计,理论设计系统竖直方向上的固有频率为13.7Hz,水平方向上的固有频率为13.5Hz。根据一级线性系统的传递率公式,理论分析了其有效性,根据 proe三维建模和 workbench固有频率和谐响应分析,仿真证明了理论分析的准确性。
  然后,在一级线性减振装置的基础上,设计了一级非线性减振装置。该减振装置由负刚度元件和线性刚度元件并联组成,受到不同方向的激励时,承担线性刚度的弹簧和承担负刚度的弹簧各不相同。而且换用稳定性更好的截锥螺旋弹簧作为系统的弹性元件,提升了系统的稳定性。并对系统负刚度特性和 HSLDS特性做了详细分析,同时对结构进行了简化,由减振装置的静力学分析和动力学分析,得出了系统的力传递率,位移传递率和系统的结构特性。
  最后,利用振动台分别在简谐位移激励和随机激励下对一级线性减振系统和一级非线性减振系统做了实验对比,结果表明,线性和非线性减振装置均能够达到项目的隔振率要求,同时本文设计的非线性减振系统,相比线性减振装置,不仅提高了项目要求的80Hz的隔振率,同时相比线性系统隔振率又有了一定的提升。
[硕士论文] 汤本俊
检测技术与自动化装置 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:通过振动台实验,我们可以研究结构试件的振动位移等信息。通过分析位移信息得到其抗震性能。检测结构试件的特征点作为物体测试的特定点,其位移、速度、加速度、挠度等运动参数是实验所要得到的数据。而本文的重点在于检测特征点的位移变化,通过对位移变化曲线的分析,来判断结构试件是否发生了变形。
  本文主要研究了视觉技术应用于结构位移检测的现状以及发展趋势。了解了振动台试验的位移检测的基本理论,主要包括数字图像的成像原理及其表现形式与特征、图像用于测量工作时所涉及的坐标系、图像预处理的相关算法、目标点的定位以及相机标定算法。提出了基于双目立体视觉技术的振动台试验的结构试件位移测量的算法,并对该算法的关键技术做了具体的研究。
  其核心内容包括:
  1)本文采用基于圆形阵列组成的标定板与张氏标定算法对系统进行标定。
  2)通过基于彩色空间转换与Hough变换检测直线,降低了直线漏检率。再根据Harris角点检测算法得到图像的特征点,通过控制阈值来控制角点的数目和质量。
  3)本文研究了特征点匹配的约束条件以及sift特征描述子,采用基于极线约束的双向匹配算法进行实验匹配,得到较好的结果。研究了双目视觉测量位移的原理。并将其应用于结构试件位移检测中。本文重点研究了双目视觉系统的标定、特征点的检测及匹配。通过设计静态试验验证了本文算法的可行性,再将此算法应用到振动台的动态试验中,得到结构试件的动态位移曲线。
  针对本文提出的测量方法,设计了相应的动、静态两种实验方案,并在我校的振动台实验室中进行了实验。首先通过静态试验来验证本文算法测量的可行性以及测量精度。然后进行了正弦波激励实验,并通过本文算法计算结构试件特征点的位移,得到的位移曲线基本与正弦激励信号变化趋势是一致的。
[硕士论文] 李玥
水声工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:在水声探测中,水听器的指向性是检验声纳系统的一个很重要的指标。常规的矢量水听器的波束宽度较宽,在目标探测中,如果多目标距离较近时很难准确分辨。所以如何研制一个指向性更为尖锐的高阶指向性水听器成为新的研究目标。本文以径向极化的压电圆管为基础,对二阶多模水听器展开了研究。
  本文首先将声场中声压量进行泰勒级数展开,并将各阶展开式与各阶矢量对应起来。对各阶矢量的灵敏度公式进行了推导,并提出了一种提高压电陶瓷圆管灵敏度的连接方式。探讨了二阶矢量的自然指向性以及各类组合指向性。提出了二阶矢量水听器工作频带的受影响因素。
  基于理论推导,对水听器的声压、一阶矢量以及二阶矢量通道进行设计,选择合适的压电陶瓷圆管,测量绘制其阻抗特性曲线并进行切割。以环氧树脂为压电圆管的背衬,外面用聚氨酯灌封,制作出一只二阶多模矢量水听器,其尺寸为φ65×50 mm,声压通道的工作频带为20Hz~8000Hz,矢量通道工作频带为2500Hz~8000Hz,二阶矢量通道的工作频带为3000Hz~6500Hz。
  对制作完成的水听器进行测量,测量结果表明,水听器声压通道的指向性较好,较符合全指向性的特点,灵敏度在-181dB~-187 dB(0dB=1V/μPa)间浮动,与理论值-184 dB相差不大。水听器的矢量通道两个方向的指向性较为符合余弦指向性,灵敏度与理论值-194 dB(4000Hz,0dB=1V/μPa)相比均较低。二阶矢量通道的混合偏导指向性可以观察出横向四极子指向性,通过数据处理后得到的二阶纯偏导指向性不太理想,但大致表现出了波束变窄的趋势。
[硕士论文] 潘衡
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:修枝机是园林美化工作中的一项重要工具,可以大大提高园林工人对植物的修剪工作。但是传统的设计方法过多考虑修枝机的外形和强度,而忽视其动态特性,使生产出来的产品振动噪声过大,给园林工作者的身体和心理造成了很大的伤害。齿轮箱是修枝机的关键传动部件,其设计制造的不足会造成齿轮箱振动剧烈,从而产生较大的辐射噪声。本文以某型号园林修枝机的齿轮箱系统为研究对象,对其振动特性及由此产生的噪声展开研究,并通过改进结构的措施达到降低齿轮箱系统振动噪声的目的。
  本文对修枝机齿轮箱系统振动噪声的分析工作如下:
  (1)修枝机齿轮箱的激励力提取。利用三维软件Solidworks强大的建模功能,建立修枝机齿轮箱的三维CAD模型,进行必要的简化和删减,并且把得到的修枝机齿轮箱传动结构导入ADAMS中。基于多刚体动力学理论,结合修枝机齿轮箱的实际运动情况,设置各零件间的运动约束和接触参数,建立齿轮箱传动系统的多刚体动力学模型。施加驱动,对修枝机齿轮箱的运动过程进行仿真,提取修枝机齿轮箱箱体内两对啮合齿轮的啮合力。
  (2)修枝机齿轮箱模态分析与实验验证。有限元模型的建立是模态分析的基础,首先,利用Hypermesh对修枝机齿轮箱CAD模型进行前处理;然后,根据齿轮箱的几何特征和大小,采用合适的网格标准,进行网格划分,建立齿轮箱的结构有限元模型。最后再利用ANSYS Workbench对齿轮箱结构的约束模态和自由模态进行计算,约束模态分析得到修枝机齿轮箱实际工作状态下的模态。另外,通过力锤法敲击齿轮箱得到频响函数曲线,基于频响曲线提取试验模态频率。将修枝机齿轮箱的试验自由模态与仿真自由模态进行比较,两者模态频率一致,验证了有限元模型的正确性。
  (3)修枝机齿轮箱谐响应分析。将前文获取的齿轮箱齿轮啮合力作为激励,加载到修枝机齿轮箱有限元模型上,进行修枝机齿轮箱谐响应分析,得到各个频率下的振动响应,并且通过ANSYS Workbench求得关键参考点X、Y、Z方向的振动位移数据,分析其振动特征。
  (4)修枝机齿轮箱辐射噪声预测。将修枝机齿轮箱的声学有限元模型导入到LMSVirtual lab中,同时将修枝机齿轮箱的振动结果映射到声学网格上作为辐射噪声分析盼边界条件,结合FEM(Finite Element Method)和AML(Automatic Matched Layer)的方法,对修枝机齿轮箱辐射噪声进行预测。
  (5)修枝机齿轮箱辐射噪声的优化改进。首先介绍噪声对人类的危害,然后根据仿真结果确定在齿轮箱下箱体增加对称加强筋,对修改后的模型重新进行谐响应分析,并基于ATV(Acoustic Transfer Vector)和MATV(Model Acoustic Transfer Vector)理论,运用FEM和AML的方法预测箱体结构优化后的辐射噪声,降噪效果比较明显。
[硕士论文] 杨坤鹏
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:金属橡胶隔振器是军用装甲车上的大功率柴油机减振系统的重要支撑元件,这种隔振器具有耐高温、抗腐蚀、防辐射的特点,使其得以在强载荷、安装空间小及环境恶劣的军用大型柴油机减振系统中发挥良好的减振作用并具有较长的使用寿命。近年来,国内外学者对于金属橡胶隔振器的研究大部分集中于其试验及结构设计上,但是对于其内部的工作机理及非线性特性研究较少,所以有必要对其展开特定的研究工作。
  本文针对某金属橡胶隔振器的非线性特性讨论了非线性动力学系统的研究方法及参数辨识方法。首先将金属橡胶隔振器作为一种非线性振动阻尼系统进行具体分析,介绍了非线性振动阻尼系统及其响应求解方法。随后从金属橡胶元件的工艺制备角度分析了其弹性制备工艺及成型过程中的相对变形量对相对密度和刚度系数的影响情况,从微观角度分析了金属橡胶元件的性能和结构特点。从双折线本构模型出发,建立了金属橡胶隔振器系统的滞迟恢复力模型,根据金属橡胶元件的结构特点将滞后力分解为弹性力和阻尼力(不含记忆环节),利用谐波平德法分析金属橡胶隔振器的固有频率特性和进行分岔现象的预测,根据多项式拟合将模型推导为多项式形式,并进行线性等效,方便了后期的参数分离识别方程的建立。对之前所建立模型表达式进行参数的分离识别,得出所需的各个参数的分离识别模型,然后建立相应的整体识别方程,利用遗传算法迭代求解得出金属橡胶隔振系统的参数,并在同幅不同频、同频不同幅两种情况下做出了比较,得出一些相关规律。
  利用Simulink进行运动微分方程的分析,随后通过正弦扫频试验分别求出了金属橡胶隔振器系统的固有频率、耗能因子、阻尼系数及刚度,并与之前所建立的模型求解结果对比,误差较小,证明了所建模方法和建立模型的正确可靠性。
[硕士论文] 赵磊
水声工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:水声定位系统利用水下目标发出的信号完成对水下目标运动轨迹的测量与显示。水声定位浮标是定位系统的重要组成部分,主要实现了对原始信号的采集、存储以及声学信号处理,并通过无线电与上位机进行通信与数据传输。本论文源于长基线/超短基线组合定位系统,实现了定位浮标处理平台的软硬件设计。
  首先,本论文介绍了所依托的水声定位系统,对该系统的设计原理进行了说明,并阐述了浮标处理平台的整体架构。本论文基于Compact-RIO平台完成了对浮标处理平台应用软件的设计,包括实时处理器软件设计与FPGA模块软件设计。FPGA模块用于信息的采集与处理,主要完成了原始信号的采集与自适应Notch滤波器处理、电池电压与漏水报警信息采集与GPS/北斗定位模块数据采集,并将采集数据与处理数据上传至实时处理器。此外,FPGA软件设计还完成了同步脉冲产生以及值班模式设计。实时处理器软件负责对整个浮标系统进行控制,其主要完成声学处理数据存储与上传、外围信息(GPS/北斗数据、电压与漏水报警数据、方位姿态仪数据)的读取与解析、指令接收与回复等。
  本论文所完成的定位浮标处理平台经历了电模拟器联调与湖上试验,试验结果表明浮标能够很好的实现数据的采集、处理与存储,完成了和上位机的通信与数据传输,显控计算机利用上传的声学处理数据成功显示出水下目标的运动轨迹,其结果证明了本论文所完成内容的可行性和实用性。
[硕士论文] 张镇
力学;一般力学与力学基础 东南大学 2017(学位年度)
摘要:颗粒阻尼减振技术属于振动被动控制技术的一种,它的机理是通过在振动的结构上附加封闭的容器,容器内部填充细小颗粒,利用颗粒与颗粒以及颗粒与容器壁之间的碰撞摩擦来消耗能量。颗粒阻尼减振技术具有减振频带宽,结构简单,耐久性好,易于用高温恶劣环境等优点,已经成功地应用于机械工程减振等领域。然而,由于在容器内部颗粒流的碰撞十分复杂,颗粒阻尼器的阻尼特性很难被预测。因此,颗粒阻尼系统减振特性的研究已经成为国内外学者研究的重要内容。
  论文通过试验和数值模拟两个方面对颗粒阻尼器减振特性进行了研究,在数值模拟中,采用了国内外未曾使用过的基于离散单元法的结构体和阻尼器全系统模拟。
  在试验方面,先进行了基于单自由度悬臂梁的颗粒阻尼试验,研究了填充率、颗粒粒径大小、不同密度的颗粒材料、初始位移以及阻尼器的位置对系统阻尼比的影响;然后对基于单层钢框架的颗粒阻尼试验研究,分析了填充率、阻尼器安装位置以及金属盒形状对阻尼效果的影响。
  在数值研究中,采用基于离散单元法的PFC3D程序对全系统进行了数值模拟。在模拟过程中,把主结构体(悬臂梁、钢框架、金属盒以及固定颗粒)离散成许多非常小的颗粒体单元的密实组合,通过平行连接模型实现固体材料的连续特性;自由颗粒间的相互作用用滑移接触模型描述,接触力计算采用Hertz-Mindlin接触模型。分别进行了单自由度悬臂梁的自由振动,以及钢框架在正弦激励下受迫振动的模拟,研究了颗粒阻尼器的减振特性。
  综合试验和数值研究,获得以下结论:
  填充率选择75%左右较为合理,充分利用阻尼器内部的空间,使得容器内的颗粒与颗粒,颗粒与容器壁之间得到充分的碰撞、摩擦。
  阻尼颗粒应选用密度较大的材料,如碳钢,甚至密度更大的金属。随着颗粒材料密度的增大,系统的阻尼比也随之增加。
  阻尼颗粒粒径的选择与外部激励,也就是初始位移有关,在外部激励较大时,即初始位移较大时,建议采用粒径小的颗粒,在利用碰撞耗能的同时,有效增加摩擦耗能;而在外部激励较小时,应该选用粒径大的颗粒,使得颗粒与容器壁之间的碰撞充分发挥。
  阻尼器的位置应安装在系统振动方向上振幅较大的位置。
  初始位移越大,振幅越大,颗粒间以及颗粒与容器壁之间的碰撞和摩擦越充分,减振效果越明显。
  通过比较不同横截面(圆形和正方形)的阻尼器,在相同总质量、相同粒径、相同材料、相同颗粒数目的情况下进行正弦激励振动试验。采集钢框架在其一阶固有频率处的功率谱密度幅值,颗粒填充数目为100个前,颗粒的运动路径长度对减振效果影响较大,此时圆柱形金属盒内颗粒的运动路径更短,单位时间内发生碰撞、摩擦的次数更多,减振效果更好;而颗粒填充数目超过100个以后,金属盒内的颗粒层高度H对减振效果影响较大,此时,正方形金属盒内颗粒层高度H较小,底层颗粒受到的压力较小,颗粒更容易起振,单位时间内碰撞、摩擦能够得到充分发挥,减振效果更好。
[硕士论文] 王玉江
电子与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:光谱成像技术是研究目标物质在不同波长下采集的图像信息和光谱信息,并根据其光谱特征对目标物质进行探测和分析,广泛应用于遥感测量、深空探测等领域。随着光谱成像技术的发展,对其光谱测量范围、光谱分辨率、成像清晰度等要求越来越高。当前采用第四代分光技术的声光可调谐滤光器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)被广泛应用于光谱成像系统,AOTF作为光谱成像系统的分光器件,其工作波长范围、光谱衍射效率及分辨率等参数对光谱成像系统的性能起到决定性的影响,因此研究如何提高AOTF性能参数对AOTF的发展具有一定的现实意义。
  AOTF的性能主要受到AOTF驱动电路系统和AOTF内部的超声换能器匹配电路的影响,由此,本文设计了一种高性能AOTF驱动电路以及双路超声换能器匹配电路。AOTF作为功率驱动型器件,按其工作所需功率要求,设计了一种具有一定带宽且功率输出稳定的AOTF驱动电路,其输出功率在50~210MHz带宽范围内稳定在33~35dBm,较好地满足AOTF最佳工作要求。超声换能器作为AOTF重要部件,其在不同频率下具有不同的输入阻抗,当AOTF驱动电路的输出阻抗与换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致驱动功率无法最大限度的传递给换能器,从而使AOTF光谱衍射效率降低,影响光谱图像清晰度。为此,通过对超声换能器阻抗频率特性的深入研究,运用滤波器网络匹配理论及射频电路理论,设计了一种频带宽、光谱衍射效率及功率效率高的新型匹配电路。
  在实验测试平台上,对AOTF驱动电路以及双路超声换能器匹配电路进行实验与优化,最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达93.9%,光谱带宽小于5nm,双路换能器匹配电路功率效率达到90%以上,提高了在420~1150nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率。最后对光谱成像系统样机进行外景测试,实测目标的成像质量得到明显改善。
[博士论文] 陈宁
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:薄壁结构广泛应用于飞机机舱、船舱、汽车驾驶室等。结构振动产生的噪声是这些交通运载工具的主要噪声来源之一。基于声学性能的结构-声场耦合系统分析及拓扑优化在降低乘座舱噪声、提高乘坐舒适性方面有着极为重要的意义。传统结构-声场耦合系统的数值分析一般是基于确定性系统参数。但在实际工程问题中,由于制造、装配和测量误差,外部载荷的不可预测以及环境条件的变化等,不确定性广泛存在于结构-声场耦合系统中。通常这些不确定性的数值较小,但当这些不确定性因素耦合在一起时,可能导致实际结构-声场耦合系统的响应产生较大的偏差。鉴于不确定性在结构-声场耦合系统存在的普遍性和多样性,以及复合材料在工程实际应用中的广泛性,有必要对结构-声场耦合系统,特别是复合材料结构-声场耦合系统的不确定数值分析进行深入的研究。此外,结构-声场耦合系统的拓扑优化目前主要集中在宏观层面,其材料微结构的拓扑优化研究尚处于起步阶段。通过对微结构单胞实施拓扑优化,可以实现宏观结构总体振动及声学性能的改进,对控制封闭空腔结构内声场噪声具有重要意义。因此,有必要对结构-声场耦合系统材料微结构的拓扑优化开展进一步的探索。
  本文在国家自然科学基金(11572121和11402083)的资助下,对结构-声场耦合系统不确定数值分析与拓扑优化问题进行了深入系统的研究。建立了不同类型的不确定结构-声场耦合系统分析模型,提出了相应的不确定数值分析算法;基于均匀化理论,研究了不确定性因素对周期性复合材料等效性能的影响,构建了多尺度不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统的数值分析模型,并提出相应的不确定数值分析算法;考虑多尺度不确定参数的影响,提出了一种多尺度随机不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统微结构的稳健性BESO拓扑优化算法。
  本文开展并完成了如下研究工作:
  (1)提出了基于一阶矩阵分解摄动有限元的区间蒙特卡洛法,可用于含有p-box不确定参数的结构-声场耦合系统响应分析。在基于一阶矩阵分解摄动有限元的区间蒙特卡洛法中,通过在0到1之间抽样得到随机数,然后利用随机数与相对应的 p-box变量的累积概率分布函数的交叉点生成区间,再通过一阶矩阵分解摄动有限元得到相应的响应变化范围,最后将所得的响应区间组合成响应的左右累积分布概率函数边界。数值分析结果表明,所提方法能有效计算系统响应的左右累积概率函数边界,并且可以进行基于声学性能的风险和保守可靠性分析。
  (2)提出了混合随机区间摄动法,可用于随机与区间混合不确定和区间随机不确定结构-声场耦合系统的能量流分析。混合随机区间摄动法以一阶Taylor级数展开为基础,首先暂时忽略区间变量的不确定性,采用一阶随机摄动法计算能量向量的期望和方差;再考虑区间变量的不确定性,通过一阶区间摄动法计算能量向量期望和方差的变化范围。数值分析结果表明,混合随机区间摄动法能够有效地计算两种混合不确定模型下系统响应能量流期望和方差的变化范围;与蒙特卡洛法相比,混合随机区间摄动法具有更高的计算效率。
  (3)提出了区间均匀化方法,可用于区间参数周期性复合材料的等效性能分析。区间均匀化方法以区间 Taylor级数展开分析方法和均匀化方法为基础。子区间均匀化方法将区间变量划分为若干个子区间,再采用区间均匀化方法和区间并集运算求解区间参数周期性复合材料等效性能的变化范围。数值分析结果表明,区间均匀化方法能有效计算不确定度较小的区间参数周期性复合材料的等效弹性张量变化范围;子区间均匀化方法可以有效地保证不确定度较大时区间参数周期性复合材料等效性能的计算精度。此外,等效弹性张量的不确定度随着输入参数不确定度的增加逐渐变大,并且远远大于输入参数的不确定度。D12H最容易受输入不确定参数的影响, D11H和D2H2次之, D6H6受输入不确定参数的影响最小。
  (4)提出了基于均匀化方法的区间有限元法,可用于多尺度区间参数周期性复合材料结构-声场耦合系统的分析。基于均匀化方法的区间有限元法通过一阶Taylor级数展开计算多尺度区间参数周期性复合材料结构-声场耦合系统响应的变化范围。数值分析结果表明,基于均匀化方法的区间有限元法仅适用于不确定度较小的多尺度区间参数周期性复合材料结构-声场耦合系统的响应分析。通过引入子区间技术,可以有效保证基于均匀化方法的区间有限元法对多尺度区间参数周期性复合材料结构-声场耦合系统响应的计算精度。
  (5)构建了复合材料结构-声场耦合系统的微结构拓扑优化模型。基于均匀化方法和双向渐进结构优化方法,以微结构单胞的材料分布为设计变量,以耦合系统响应声压级最小化为优化目标,提出了一种周期性复合材料结构-声场耦合系统微结构的拓扑优化算法。研究结果发现,与初始设计相比,微结构拓扑优化设计下的共振频率发生了移动,并且参考点在目标频率处的声压级可以有效降低。
  (6)构建了多尺度随机不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统的微结构稳健性拓扑优化模型;提出了一种多尺度随机周期性复合材料结构-声场耦合系统分析方法。将多尺度随机不确定微结构稳健性拓扑优化模型转换为确定性优化模型,以微结构单胞的材料分布为设计变量,以耦合系统声压响应幅值的期望和标准差构建优化目标,提出了一种多尺度随机不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统微结构的稳健性BESO拓扑优化算法。研究结果表明,微结构的确定性拓扑优化设计与稳健性拓扑优化设计之间存在一定差异,且稳健性拓扑优化设计结果优于确定性拓扑优化设计结果。
  本文对结构-声场耦合系统的不确定数值分析与拓扑优化方法进行了深入系统的研究。针对不确定结构-声场耦合系统响应分析问题,提出了基于一阶矩阵分解摄动有限元的区间蒙特卡洛法和混合随机区间摄动法;针对区间参数周期性复合材料等效性能分析问题,提出了区间均匀化方法;针对多尺度不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统响应分析问题,提出了基于均匀化方法的区间有限元法和基于均匀化方法的随机有限元法;针对复合材料结构-声场耦合系统的微结构拓扑优化问题,提出了一种周期性复合材料结构-声场耦合系统微结构的拓扑优化算法;针对多尺度随机不确定复合材料结构-声场耦合系统的微结构拓扑优化问题,提出了一种多尺度随机不确定周期性复合材料结构-声场耦合系统微结构的稳健性拓扑优化算法。数值分析结果验证了本文方法的有效性,表明本文方法在预测和降低封闭空腔结构内声场噪声上具有良好的工程应用前景。
[硕士论文] 任栉翔
交通运输工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:车内低频噪声是汽车NVH性能的重要体现,随着消费者对舒适性的要求越来越高,车内噪声问题也逐渐受到了政府和汽车企业的重视。通过有限元法对车内噪声进行预测和结构优化是避免车内低频噪声问题出现的有效方法。车身的模态性能和声学性能是引起车内低频噪声问题的两个重要方面,模态性能主要由一阶弯曲和一阶扭转模态频率体现,声学性能由声学灵敏度体现,即噪声传递函数。本文以某轿车为研究对象,分别对其白车身模态性能和车内声学性能进行结构优化。论文的主要研究工作有:
  1.分别建立某轿车的白车身,四门两盖,前后保险杠,前副车架等车身各总成有限元模型,装配成Trimmed-Body模型。建立声腔模型,进行耦合设置形成用于车内噪声分析的声固耦合模型。
  2.对白车身分别进行模态分析和静刚度分析,找出一阶弯曲和一阶扭转模态并计算出白车身静刚度,得出结论一阶扭转频率和一阶弯曲频率相对分布合理,但白车身一阶扭转频率较低,容易与发动机怠速频率耦合产生共振。结合直接灵敏度和相对灵敏度筛选出需优化的板件。考虑车身的轻量化同时保证车身原有的刚度性能不降低,通过板件厚度的尺寸优化提高了白车身一阶扭转频率和一阶弯曲频率。
  3.研究车内的声学性能,分别进行声腔模态分析和噪声传递函数分析,得出结论需要针对向4条关键噪声传递路径(排气吊耳第一接附点Z向,发动机左悬置Y向和Z向,发动机后悬置Z向)进行结构优化。
  4.对4条关键路径噪声传递函数超出目标值的原因进行诊断性分析,包括贡献度分析和关键路径接附点动刚度分析。贡献度分析得出防火墙,顶盖和前地板对车内噪声影响最大,通过接附点动刚度分析发现发动机左悬置Z向和发动机后悬置Z向动刚度不足是引起相应路径声压响应峰值较大的主要原因。
  5.对顶盖进行阻尼优化,防火墙和前地板进行拓扑和形貌组合优化,根据优化结果,通过重新设计结构起筋,添加加强件和铺设阻尼使得4条路径的峰值声压均得到明显降低。继续运用拓扑优化方法对副车架进行结构改进,提高了发动机左悬置Z向和后悬置Z向的动刚度。最后使得关键路径噪声传递函数峰值均控制在目标值以内。同时也证明了诊断分析和优化方案的正确性。
[博士论文] 李智
水声工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:近十年来,矢量水听器凭借其具有的低频高灵敏度和良好的余弦指向特性,在水声工程各领域得到广泛应用,特别是随着潜艇隐身技术的不断发展,矢量水听器(阵)已成为水下目标低频、乃至甚低频探测技术中的主要接收器。针对低频弱信号获取问题,接收器的高灵敏度指标固然重要,但更为关键的是接收器的等效自噪声参数要足够低。为此,论文围绕矢量水听器等效自噪声降低问题开展了一系列研究工作,提出了完整的低噪声矢量水听器理论设计方法和等效自噪声测量方法,为低噪声矢量水听器的设计和验证提供了理论依据;建立了低噪声矢量水听器等效自噪声测量系统,为准确评价低噪声矢量水听器的自噪声水平提供了有效手段;提出了实验水池低频有限空间内校准低噪声矢量水听器灵敏度的方法,为低噪声矢量水听器(阵)的声学特性研究提供了参考。
  首先,论文针对矢量水听器的压电加速度敏感器件、悬挂结构和前置放大电路的自噪声设计方法进行了研究,并针对不同前置放大电路输入形式给出了电缆等效模型,以及将敏感器件、悬挂结构、电缆和前置放大电路作为整体考虑,给出了低噪声矢量水听器的设计原理;根据设计原理,针对目前常用的两种不同压电加速度敏感器件,分别分析了其与两种前置放大电路组合而产生的自噪声水平,从而为低噪声矢量水听器的设计提供了压电加速度敏感器件与前置放大电路的选择依据。研究结果表明,由IEPE加速度敏感器件与低噪声的运算放大器结合可以使矢量水听器获得更低的自噪声;利用优选的加速度敏感器件和前置放大器设计并制作了两只低噪声矢量水听器样机。
  其次,为了提高低噪声矢量水听器等效自噪声的测量精度,论文从测量方法和测量系统两方面入手进行了研究:一是提出了基于双水听器互谱法(DHCM)的矢量水听器等效自噪声测量方法,并仿真分析了环境背景噪声不相同时,或两只被测矢量水听器灵敏度不相同时,或采样数据长度不相同时该方法测量精度的变化规律,从而给出了该方法的最佳测量条件;二是研制了真空环境下和水介质环境下两套矢量水听器等效自噪声测量系统,并利用DHCM等效自噪声测量方法在水介质环境测量系统中对低噪声矢量水听器的等效自噪声进行了测量,测量结果表明:论文设计的低噪声矢量水听器的等效自噪声声压谱级在100-1000Hz频率范围内低于零级海况下的海洋环境噪声,其中在参考频率200Hz处达到55.5dB/√Hz,在100-1000Hz频段已接近并部分频点已超过目前国际上等效自噪声水平最低的基于隧道式加速度计设计的矢量水听器的等效自噪声水平。
  最后,论文针对带有前置放大电路的大尺寸低噪声矢量水听器提出了实验水池低频有限空间内校准其灵敏度的瞬态校准方法。从水池有限空间内低频声场分布特性入手,研究了低频有限空间瞬态校准技术原理;提出了基于瞬态校准技术的瞬态校准灵敏度修正方法。校准结果表明:水池有限空间内采用瞬态灵敏度校准方法可以准确的对低噪声矢量水听器样机的自由场灵敏度进行校准;该方法有效地扩展了有限空间内矢量水听器灵敏度校准的下限频率,并对低频矢量水听器(阵)在水池内的相位校准提供了新方法。
[硕士论文] 刘小雨
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:主动隔振器是超精密测量仪器正常运行的重要保障,隔振器通过衰减来自地基的振动保证工作台的稳定。主动隔振器抑制的地基振动具有频带宽、幅值小、振源复杂等特点,因此要求主动隔振器起始隔振频率低,中高频衰减能力强。在主动隔振器中,一般采用前馈与反馈结合的控制方式,其中反馈控制主要是抑制谐振峰,前馈控制能降低隔振器起始隔振频率,增加中高频衰减能力。所以本文旨在设计性能优越的前馈控制器来降低隔振器起始隔振频率,增加中高频衰减能力。
  本文以空气弹簧主动隔振器为研究对象,建立主动隔振器初级通道动力学模型和次级通道动力学模型并通过开环辨识实验确定模型中的刚度系数、阻尼系数、电机增益和时间常数,通过比较理论模型频率响应曲线和辨识模型频率响应曲线发现它们吻合度很高进而验证了理论建模和参数辨识的正确性。
  由于相位偏移将会对PI前馈控制器的性能产生影响,本文在此基础上分析了前馈控制通道中各环节的相位情况并利用零极点配置法对存在的相位偏移进行补偿。由于PI前馈控制器参数为隔振器的特征参数并且在实际情况中无法通过理论建模的方式来获得隔振器精确的特征参数,因此本文在已知前馈控制器结构的基础上利用滤波x-LMS控制算法来设计前馈控制器,使得设计的前馈控制器具有自整定参数的能力。最后从时域和频域两方面仿真验证了所设计前馈控制器的有效性。
  在完成了前馈控制通道相位补偿和前馈控制器设计后,对研究对象进行了全面的性能测试,测试结果表明:对前馈控制通道中存在的相位偏移进行补偿后,采用自适应PI前馈控制器能使主动隔振器在10Hz频率处衰减率接近-40dB,最大衰减率接近-48dB。测试结果从时域和频域两个方面验证了本文所设计前馈控制器的有效性。
[硕士论文] 王佳
水声工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:噪声源的定位是对噪声进行有效治理的前提。在对噪声源定位的技术中,近场声全息技术和波束形成技术的应用较为广泛。近场声全息技术在低频段的分辨率较高,但在高频段需要增加阵元个数以保证其定位效果。与近场声全息相比,虽然波束形成技术在低频段的分辨率较低,但在高频段能利用较少的阵元达到较好的定位效果。这两种技术中,平面阵等二维阵列应用较多,但其不宜用于整个三维空间内噪声源的定位。圆柱面阵列与之相比可以记录更为全面的三维声场信息,在噪声源定位方面具有优势。对近场声全息和波束形成噪声源定位技术的研究多基于自由场空间,在飞机、汽车、舰船舱室等封闭空间内,这两种技术的噪声源定位性能会大大下降。因此,本文研究了声场分离和声强聚焦波束形成方法提高封闭空间内噪声源定位性能,基于圆柱面阵,采用柱面近场声全息和聚焦波束形成联合的噪声源定位方法对封闭空间中的噪声源进行定位。
  本文首先对柱面近场声全息及声场分离的原理进行介绍。建立了近场条件下柱面阵的接收数据模型,介绍了声强聚焦波束形成的基本理论。然后对近场声全息和聚焦波束形成的定位性能进行仿真分析。考虑到工程的实用性,分析了非完整柱面阵对这两种技术定位性能的影响。讨论了这两种技术的分辨率,以此对二者的有效噪声源定位频带进行划分。考虑到封闭空间内实际的声场分布情况,利用COMSOL软件对封闭空间内的声场进行仿真,提取封闭空间内双层圆柱面阵测量的声压数据,在低频段采用柱面近场声全息技术进行噪声源定位,在高频段采用声强聚焦波束技术进行噪声源定位。讨论了柱面阵的各种参数对定位性能的影响,设计加工了双层柱面扫描阵。利用该阵在封闭的舱段模型内进行了噪声源定位试验,验证本文所提方法对封闭空间内噪声源定位的有效性。最后编写了数值仿真和试验数据处理的柱面阵噪声源定位软件,设计了操作界面。
  研究表明,柱面近场声全息和声强聚焦波束形成分别对封闭空间内的低频段噪声源和高频段噪声源具有较好的定位性能。将两种方法联合进行封闭空间噪声源定位,克服了近场声全息高频段定位性能差和聚焦波束形成低频段的定位精度不高的缺陷,实现在封闭空间条件下宽频带范围内、近场及远场中的噪声源定位。
[硕士论文] 范斐
信息与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着雷达系统的日渐复杂和先进体制的不断出现,雷达技术的发展提高到了一个新的水平,雷达信号的调制方式也逐渐往多种调制方式复合的方向发展,因此,对雷达系统的测试也开始变得越来越复杂,耗费的时间也越来越长。与此同时,随着仪器和计算机技术的不断发展,计算机软件开始逐步与仪器与仪表相结合,以便使整个测试过程更加简单,测试结果更加直观。基于此,本文设计并研制了一款基于频谱仪的雷达信号测试与分析软件,利用频谱仪对采集的信号数据进行分析,并且将雷达信号的时域、频域、调制域的分析方法进行集成,实现了完整的针对不同调制方式的雷达脉冲信号进行一键式自动测量的功能。
  该软件是以VS2010下的MFC作为开发工具、以C++语言作为编程语言来进行研制开发的。根据模块化的设计思想,软件被划分为接口模块、信号分析模块、显示模块以及辅助功能模块四大模块。在接口模块,该软件通过LAN/GPIB接口与频谱仪相连接,实现了从频谱仪中实时读取信号数据进行分析以及控制频谱仪参数设置的功能;在信号分析模块,软件通过添加时域、频域以及调制域的信号分析方法,实现了对雷达脉冲信号全面的分析,其中在调制域,添加了短时傅里叶变换、魏格纳-威尔分布、伪魏格纳-威尔分布、乔伊-威廉斯分布以及锥形分布五种时频分析方法;在显示模块,软件通过采用TeeChart控件,实现了波形图的二维、三维等多种显示方式,通过对MFC中某些类的改写,实现了多种窗口的排列布局方式;在辅助功能模块,通过对波形回放功能、标记功能以及门控选时功能的添加,使得用户对测试分析结果的观察更加便捷。最后,通过一组测试用例来对软件进行测试,以验证各个模块的正确性。
  本文设计的雷达信号测试与分析软件能够测试与分析雷达脉冲信号的时频特性以及脉内和脉间参数,能够对雷达脉冲信号实现一键式自动测量,具有测量误差小、分析效率高等特点。
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