摘要：首先从理论上分析了多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性能。分别从传声器失配误差影响下阵列波束图扰动的统计分析以及白噪声增益分析两个方面揭示了影响多项式结构宽带波束形成器鲁棒性能的内在规律。发现当波束主瓣指向处于可调范围边缘时,与指向中心相比,多项式结构波束形成器的鲁棒性能变差。然后分析了影响多项式结构宽带波束形成器阵列指向性指数的主要因素,指出了多项式结构的截断误差会导致宽带波束形成器的主瓣指向出现偏差,进而造成阵列指向性指数性能下降。为了克服现有设计结构存在的缺陷,提出了一种具有波束主瓣指向自校正能力的改进设计结构。与现有设计结构不同,所提出的设计结构中的调向功能模块能够充分反映出波束期望指向和实际指向之间存在的非线性关系,避免了现有设计方法因采用线性调向功能模块而造成较大波束指向偏差的问题,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。

摘要：从理论上导出了传声器失配误差对适用于任意阵元数的一阶和二阶差分传声器圆阵的主瓣指向影响规律。揭示了传声器相位误差可造成一阶差分传声器圆阵主瓣指向产生反转现象,是影响其主瓣指向的主要因素。而对于二阶差分传声器圆阵,传声器相位误差和增益误差均可导致其主瓣指向产生反转现象和严重指向误差,进而造成阵列指向性因子严重下降,尤其在低频处失配误差的影响更为显著。然后给出了确保差分传声器圆阵主瓣指向正确时阵列设计参数所需满足的条件,并在此基础上进行了传声器失配误差的容差分析。分析结果表明,随着阵元数增多,失配误差的容差范围增大,差分传声器圆阵对传声器失配误差的敏感性相应降低。

摘要：高熵碳化物薄膜的脆性限制了其在高承载、长周期服役条件下的应用。精细设计的纳米复合结构可以在不损失薄膜强度前提下显著提高薄膜的韧性。采用高功率脉冲磁控溅射技术制备以非晶为基体连续相,以碳化物陶瓷相为分散相的非晶-晶体的高熵碳化物(CuNiTiNbCr)C_(x)薄膜,研究不同C_(2)H_(2)气体流量(F_(C))对薄膜成分、结构、力学性能和摩擦学性能的影响。采用能谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱分析薄膜的成分、形貌、结构及各元素的化学状态,进一步采用纳米压痕以及球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、模量和摩擦磨损性能进行表征。结果表明,随着乙炔气体流量的增加,薄膜中碳含量逐渐增加,结构从非晶转变为非晶-晶体的纳米复合结构。纳米复合结构薄膜的硬度随着乙炔流量的增加逐渐增加,这是因为薄膜中生成大量碳化物陶瓷相,薄膜硬度最高为20 GPa。纳米复合薄膜呈现优异的摩擦学性能,在F_(C)=3 mL/min时,薄膜的摩擦性能达到最优,其磨损量为2.9×10^(-6)mm^(3)/Nm。综上,采用高功率脉冲磁控溅射技术可以精细调控薄膜结构,制备出强韧一体化、耐磨减摩的纳米复合结构(CuNiTiNbCr)C_(x)薄膜。

摘要：针对球面阵模态域波束形成器对传声器失配误差敏感的问题，研究了时域实现结构球面阵的最差性能优化稳健宽带波束形成器设计。揭示了波束响应误差上界的保守性是影响现有最差性能优化方法性能的主要原因，进而提出了一种波束响应误差上界更为紧凑的优化设计方法。理论分析表明，与现有最差性能优化方法相比，所提出方法的代价函数更小、且可行解的范围也更大。针对最差性能优化设计方法存在的波束指向上阵列响应随频率变化波动偏大而引起信号失真的问题，还给出了一种减小波束图在指向方向上受信号频率影响的约束方法。仿真分析结果表明：在相同传声器失配误差条件下，所提出的设计方法要优于现有方法，得到的波束图具有更低的旁瓣级。

摘要：与常规脉冲式主动声呐相比,连续波主动声呐能够提高目标回波的时间处理增益和目标信息更新速率。该文提出一种由正交多相码合成的连续发射波形,分析了发射信号和目标回波模型,设计了多通道匹配滤波器组完成回波检测。为了进一步提高接收机检测性能,提出了多通道非相干积累的处理方法。通过数值仿真,分析提出的连续波形的多普勒分辨性能和目标信息更新率。通过蒙特卡罗法获取接收机工作特性曲线,比较了脉冲式主动声呐和连续波主动声呐在均匀混响背景下对单目标检测性能的差异。仿真结果表明,该文设计的连续波波形具有较好的多普勒分辨性能,在均匀混响背景下,回波检测算法能够明显提高单个目标的探测能力。

摘要：针对具有空间响应变化函数约束的频率不变波束形成器设计问题,提出了采用交替方向乘子法实现抽头稀疏设计的优化算法。该算法利用交替方向乘子法能够将原始优化问题进行分裂处理的特点,通过引入替代变量和指示函数,使得表征波束形成器抽头稀疏度量的非凸L;范数与阵列响应约束分离,进而将问题分裂到元素层级并给出近邻算子的解。对于指示函数的近邻算子求解,在分裂到元素层级后则退化为简单的双边约束问题,因而降低了优化求解的计算复杂度。仿真分析表明,提出的方法比现有的L;范数方法在宽频带条件下的抽头稀疏度能够提升6%~13%,通带最大波动误差减小了约2 dB,并且优化消耗时间更短。实验结果进一步验证了所提方法在实现高抽头稀疏度波束形成的同时,对声信号造成的失真更小。因此,所提出的方法在降低传声器阵列波束形成器的实现复杂度以及保持阵列响应的频率不变性能方面更具有优势。

摘要：在高温铸造/锻造过程中进行缺陷的检测、控制和修复以及厚度测量,并据此调整加工工艺参数,及时剔除缺陷/尺寸超标件,避免进入下一步工序,对提高产品合格率、实现环保制造,具有重要的工程应用价值。针对电磁超声换能器(Electromagnetic ultrasonic transducer,EMAT)在大提离、强环境电磁干扰、高温等严苛条件下对表面粗糙形貌、晶粒粗大的铸锻件进行快速检测时的信噪比和空间分辨率差这一难题,建立基于chirp信号激励的螺旋线圈EMAT检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析EMAT设计参数、chirp信号带宽、脉宽等因素对脉冲压缩后的回波主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取主瓣峰值主瓣宽度最佳参数组合,并通过试验加以验证。设计耐高温EMAT探头,比较单一正弦脉冲激励信号和chirp脉冲压缩在650℃以上高温锻件检测的信噪比和主瓣宽度。结果表明,采用chirp脉冲压缩技术,高温EMAT检测的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)、空间分辨率和检测效率更高。在720℃高温锻件、提离为3 mm且无同步平均条件下,与单一正弦脉冲激励相比,采用脉冲压缩技术,SNR提高了至少5.4 dB,主瓣宽度减小了58.8%。

摘要：为实现水下机动目标准确可靠跟踪,本文将水下目标视为刚体,考虑水下机动目标平动转动耦合现象,提出了一种自适应跟踪算法。采用矢量对偶四元数对水下非合作目标的运动学与动力学过程进行建模,对其六自由度耦合运动进行一体化描述,更加真实简洁的反映水下目标的运动特性。考虑水下环境干扰对观测量的影响,结合自适应卡尔曼滤波算法,通过实时计算新息信息调整滤波增益,对水下机动目标当前状态进行自适应估计,克服了传统非线性卡尔曼滤波算法不能处理受扰观测的局限。基于Matlab仿真平台完成了对所设计算法的蒙特卡洛仿真。仿真结果表明:在给定的水下三维仿真空间内,所设计的算法能够对水下机动目标进行准确可靠的跟踪。

摘要：随着生物医学和工业领域对纳米粒子的非接触式操控需求的日益强烈,对新型声镊子的设计提出更高的要求.在忽略球粒子所在液体的粘滞力和声损耗的前提下,利用球散射法计算了环状换能器对轴向球粒子的声辐射力,在理论上发现环状换能器捕获轴向上球粒子的可能性.球散射法既可以应用于远大于波长的粒子,也可以用于远小于波长的粒子,具有普遍适用性.根据理论结果发现声辐射力受球粒子与换能器之间的距离,环状换能器内外半径大小,球粒子的大小以及材料特性等因素的影响.而且环状换能器的近场区存在着一些声辐射拉力区.声辐射拉力区随着环状换能器外半径,内半径的改变而发生相应变化.环状活塞换能器对轴向球状粒子的声辐射力特性可以用来设计新式声镊子装置,其中空位置可以用来放置监控设备来监控操纵粒子,或者安装机械操控装置以改变换能器的位置和方向.这些理论和计算结果对单声源声镊子的实现具有指导意义.

摘要：针对常规超声技术无法检测微小疲劳损伤的问题,提出基于有限幅度法的疲劳损伤非线性超声检测方法。设计检测平台提供稳定可调的探头声耦合性能,提高非线性超声检测信号的稳定性;在各种激励电压下提取微损伤区的相对非线性系数,结合金相测量方法深入分析非线性系数对微小疲劳损伤的检测能力及激励电压对检测能力的影响。结果显示,相对非线性系数可定量表征金相实验无法观察的微疲劳损伤,激励电压可影响检测效率和检测分辨率,是非线性超声有限幅度法的关键检测参数。