采用双向流固耦合的方法对汽车外后视镜扰流进行仿真分析,对主要的振动形式进行阐述,探究其振动的机理。首先,研究了刚性后视镜模型,得到后视镜的阻力系数C_d和升力系数C_l,为流致振动的研究提供一个比较的基础,同时验证了仿真方案的可行性。再对流致振后视镜绕流进行数值模拟,研究流致振后视镜在不同来流速度下的振动特性,得到阻力和升力系数、振动的振幅、涡脱频率等参数随速度的变化趋势。结果表明:当涡脱频率与后视镜结构的固有频率接近时,可以引起后视镜强烈的振动,而且对振动强度的影响程度远远大于对风场强度的影响。

针对液力缓速器改变半挂汽车列车车轮制动力分配会影响制动稳定性的问题,提出了一种液力缓速器换挡控制策略。根据牵引车后轴车轮与半挂车车轮的转速关系,对液力缓速器工作挡位进行主动调控。以半挂汽车列车车轮最佳抱死顺序为控制目标,采用Matlab/Stateflow设计换挡控制策略,并与半挂汽车列车整车动力学Matlab/Simulink模型联合仿真,分别模拟直线制动车轮抱死情况和直线制动受侧向力时的横向运动情况。仿真结果表明:本文换挡控制策略能使半挂汽车列车保持最佳抱死顺序,减小在部分路面上的制动距离,并且提高汽车列车直线行驶制动受侧向力作用时的横向稳定性。

为了响应客户动态需求,首先提出了基于更新时间的路线更新策略对路线进行实时在线调整。然后,建立了充电模型为有充电需求的路线分配充电站。最后,给出实例仿真路线更新过程,以策略运行时间和总额外成本作为评价指标对更新时间进行参数分析。结果显示:更新时间越少的策略越能够快速响应需求及降低成本;随着更新时间的增加,需要处理的动态需求和充电次数增多导致策略运行时间和成本增加;最长的策略运行时间在可接受范围之内,说明策略具有可行性和实用性。

为了提高对高速公路出入口车辆运动行为的理解和分析水平,根据出入口车辆运动轨迹的时空特征,提出了一种运动轨迹层次聚类算法。结合出入口轨迹方向一致、长短不一的特点,提出采用改进Hausdorff距离来衡量轨迹间的相似性。建立了改进模糊C均值轨迹分层聚类算法,首先根据轨迹的空间几何位置进行路径聚类,然后根据车辆的速度信息对已有路径聚类进一步聚类获得具有时空区分度的最终结果。真实高速公路出入口的试验结果表明:本文提出的轨迹聚类算法对于场景固定运动行为模式不仅具有较强的适用性,而且能够保障聚类结果的准确性和可靠性。

为了描述真实路网交通流的跟驰行为,将车辆状态分为强跟驰、弱跟驰和自由行驶3种状态,考虑驾驶员对于不同间距的反应时间的差异性,提出了间距与速度差敏感系数函数,构建了基于动态反应时间的全速度差模型,并通过线性稳定性分析得到模型的临界条件。利用Matlab进行数值仿真,分别验证了模型在车辆启动加速、车辆避险减速和交通流从自由流状态向拥堵状态演变3种环境下的准确性,并与最优速度模型(OVM)和全速度差模型(FVDM)进行对比分析。结果表明:本文模型的启动延迟时间为1.5 s,拥堵传播速度为17.76 km/h,减速性能比FVDM模型提升了25%,本文模型能更有效地接近交通流的稳定状态。

为了得到科学、合理的次任务驾驶安全评价指标体系,利用眼动仪和驾驶模拟器设备,进行了采集眼动行为参数和车辆运行状态参数的试验,并研究了其在驾驶过程中的变化规律。应用灰色聚类理论,结合一次形成聚类结构算法,代替粗糙集理论中等价关系的方法,筛选评价指标,将17个待选指标约简至7个,建立了精简的评价指标体系。在此基础上采用模糊层次分析法(FAHP),确定了各评价指标的权重,试验结果表明,一级指标中眼动行为指标和二级指标中油门开度指标最为重要。

利用8自由度高逼真度驾驶模拟器,从工程学和人类心理学角度分析了雾霾天气低能见度对不同跟驰状态(加速、减速和平稳跟驰)驾驶行为的影响。结果表明:雾霾天气低能见度对不同跟驰状态驾驶行为的影响存在明显差异性。加速跟驰过程中,雾霾天气低能见度下驾驶员对速度差变化、距离差变化的反应敏感性和最大意愿加速度分别比晴天显著降低了29.3%、33.1%和17.4%,且驾驶行为异质性明显升高;减速跟驰过程中,雾霾天气低能见度下驾驶员对速度差变化的反应敏感性、最大意愿减速度和感知前车最大减速度分别比晴天显著提高了31.7%、17.8%和16.3%,对距离差变化的反应敏感性显著降低了32.1%,而驾驶行为异质性有所降低;平稳跟驰过程中,雾霾天气低能见度下驾驶员对速度差变化反应敏感性比晴天显著提高了41.6%,最大意愿加速度和减速度均值小于晴天,期望速度和对距离差变化的反应敏感性与晴天无显著差异。加减速反应阈值方面,驾驶员在雾霾天气低能见度下倾向于采取更加积极的加速反应来紧随前车,同时又更加谨慎地采取减速反应避免碰撞。本文研究结果为雾霾天气低能见度等紧急事件下应急疏散微观交通仿真的建立提供了理论支撑。

为避免双向通道行人流堵塞,建立了对向行人流反馈控制模型。考虑了对向行人流的干扰特性,利用社会力模型的匀速条件推导了对向行人流基本图。由于行人密度沿通道分布不同,按照行走方向不同,将双向通道分为多个分通道,采用状态空间方程建立了基于行人流量守恒的对向行人流系统动力学模型。为满足对向行人移动需求,提出对向行人流均衡控制目标,并建立了线性反馈控制模型。该模型可通过实时调整行人速度和通道两端的行人流入量,使得通道行人密度收敛于临界密度,从而最大化通道行人流量,提高通道服务水平。本文模型可以作为解决行人流和道路交通实时控制问题的普适方法。

为了快速、有效地采集并处理交通事故现场全景图像,以满足事故现场快速勘查的要求,本文结合昆虫复眼和蟹眼的视觉机理和结构,首先设计了基于蝇复眼的交通事故现场全景图像采集仿生阵列,该阵列将多个图像传感器列阵排列,每个传感器使用各自独立的成像通道完成图像的获取,从而“镶嵌”成全景图像。然后,分析了复眼仿生阵列的设计原理,通过构建阵列的结构数学模型搭建了试验平台。最后,通过试验验证了本文设计阵列的有效性。试验结果表明,该交通事故现场复眼仿生阵列可以实现大视场成像。

首先,在考虑组合梁结合面剪切滑移效应的情况下,推导了车辆作用下钢-混组合梁的刚度分布函数。然后,采用待定系数表达组合梁和车辆的振动位移函数。进而基于矩阵传递法的基本思想,根据变形协调及力的平衡条件,建立了以待定系数表达的整个车-组合梁振动系统的振动方程,根据该振动方程可以计算出车辆作用下钢-混凝土简支梁的自振频率和振型。最后,采用有限元方法验证了本文方法的有效性和可靠性。

为了揭示传统插板法计算模型中未考虑后退过程中沥青表面液体膜压力的影响以及存在沥青表面能无解这两个缺陷,本文以添加抗剥落剂后的沥青和酸性砾石集料为样品进行插板法试验,分别采用传统模型和基于膜压力的模型计算沥青表面能,并分析了沥青混合料的水稳定性指标ER₁和ER₂,然后按照ASTM D3625规范进行水煮法试验。结果表明:基于膜压力的模型能够弥补传统插板法模型的两个缺陷,且通过该方法计算得到的沥青混合料水稳定性指标排序与水煮法试验得到的排序结果一致。

通过建立灰分分布对柴油机微粒捕集器(DPF)压降影响的评价函数,分析了孔道壁面厚度、孔道直径、灰分量、碳烟量以及孔道壁面、灰分滤饼层、碳烟滤饼层渗透率等变量不同时,灰分分布对DPF压降的影响。研究结果表明:灰分滤饼层渗透率相对于孔道壁面、碳烟滤饼层渗透率的大小决定了DPF压降随灰分分布变化的趋势;当孔道壁面与灰分滤饼层的渗透率比值A=0.1、孔道壁面与碳烟滤饼层的渗透率比值S=2时,灰分分布于进口孔道壁面DPF压降小;当A=10、S=2时,灰分分布于进口孔道末端DPF压降小;孔道壁面厚度、孔道直径、灰分量、碳烟量能够改变灰分分布对DPF压降影响的程度;评价函数能够有效评价灰分分布对DPF压降的影响,也为不同情况下应用不同的DPF再生方式提供了参考。

对按特定比例混合制得的具有不同着火性的丁醇/柴油混合燃料的燃烧及排放特性进行了试验研究,分析了丁醇掺混比例、废气再循环量等参数对发动机燃烧和排放的影响规律。试验结果表明:随着丁醇比例的增大,发动机滞燃期延长,预混合燃烧量增大,燃烧定容性有所改善;混合燃料配合使用废气再循环能够实现NO_x和烟度的同时降低,但在一定程度上会导致发动机的动力性和燃油经济性变差。通过合理调整燃烧相位与废气再循环(EGR)率的匹配关系,能够在较低的总体排放水平下,恢复因燃用醇类燃料造成的动力性损失,提高发动机效率及燃油经济性。

针对数字二次元件排量切换过程中的转矩冲击问题,本文对其形成机理及抑制方法展开了研究。实验分析表明,转矩冲击的产生是由于在控制过程中不同通径换向阀的压力加(泄)载存在不同程度的迟滞,压力迟滞变化导致多个压力重叠区的形成,进而产生多个附加转矩的叠加效应。根据实验结果,提出了分级时序控制策略,利用AMESim软件进行仿真分析,并对仿真优化后的控制策略进行实验验证。结果表明,所提出的控制策略使冲击度减小23%,有效缓解了该二次元件的切换冲击,并满足了系统的动力连续性原则,达到了系统控制平顺性的需求。

以浮环轴承为研究对象,计入浮环径向温度梯度,建立了浮环轴承分布温度模型和内膜-浮环-外膜热量传递模型。研究了浮环径向温度梯度对浮环轴承润滑性能的影响规律。结果表明:浮环轴承径向温度梯度对浮环轴承的润滑性能有显著影响,计入浮环径向温度梯度时,浮环轴承内膜温度增加,总摩擦功耗和总端泄流量略有减小;与浮环轴承内层间隙为0.02 mm时相比,内层间隙为0.04 mm时,内膜温度和总摩擦功耗分别减少了16.0%和15.9%;总摩擦功耗随内圆半径的增大而增加,适当减小浮环轴承的内圆宽度可以改善浮环轴承的润滑性能。

针对定量式扇形静压油垫承载力计算未考虑离心力因素的影响,且传统计算方法缺乏试验验证的问题,首先推导得到考虑离心力的扇形静压支承油垫承载力模型,而后建立了转台的整体动力学模型,设计了液体静压转台试验方案,并进行了试验研究。通过理论计算值与试验值的对比分析表明,两者变化趋势基本一致,误差范围在比较合理的范围内,验证了考虑离心力的扇形油垫承载力计算模型和整体动力学方程的可行性。本文所建的模型及分析结论可以为实际生产及转台的服役性能提供理论支持。

以装甲车辆野外实车动态试验为背景,基于整车综合测试系统,利用LabVIEW语言开发了集采集、显示、存储、分析为一体的新型上位机平台。针对车辆测试系统的功能要求,设计了试验任务配置、实时数据显示、离线数据回放、试验数据管理、试验数据分析5种功能,实现了系统功能的集成化。利用PXI平台构建了试验环境,对上位机平台的上述功能进行了试验验证。结果表明:所设计的上位机平台可以满足装甲车辆整车200多路信号的采集需求,同时其灵活的系统配置功能、良好的集成化设计以及友好的可视化界面,可以为车辆研制和改进过程中的实车动态测试提供便捷。

为了实现航天用谐波减速器启动力矩的自动化测量,利用高精度光电式扭矩传感器,基于伺服加载方式开发了一套量程为0~0.07 N·m、精度优于±1.0×10^-3 N·m的谐波减速器启动力矩测试系统。伺服电机工作在力矩模式下,用于缓慢增大施加于对被测件上的驱动力矩;高精度扭矩传感器串联在伺服电机与被测件之间,用于实时测量作用于被测件的驱动力矩;将被测件开始连续转动时的驱动力矩作为被测件的启动力矩。最后,完成了测试系统的详细设计、精度分析及试验验证。研究结果表明:本文开发的测试系统可以实现谐波减速器启动力矩的自动化测量,并具有较高的测试精度。

针对不确定产品需求下车间设施动态布局问题,并考虑到现有不确定需求描述方法的不足,提出了一种结合模糊随机理论的车间设施动态布局方法。以最小化物料搬运成本、物料搬运总距离以及最大化面积利用率作为优化目标,构建了车间不等面积设施多目标动态布局模型,针对上述模型求解提出了一种基于位置的殖民竞争算法。最后,结合实例对比了确定、随机、模糊随机三种环境下产品需求的动态布局多目标优化模型,验证了模型的合理性和算法的有效性。

为了掌握新型舰船用材料1561铝合金板类件的成形规律,通过拉伸试验获得了1561铝合金的机械性能特性曲线。通过有限元软件模拟了1561铝合金的多点成形和卸载过程,结果表明:1561铝合金板料在成形过程中易起皱,具有较大的回弹量。采用回弹补偿法和多道次成形工序对某船用曲面件进行多点成形试验,并通过三维扫描和Geomagic软件对成形精度进行了分析,结果表明:采用回弹补偿法和多道次成形方法可以很好地解决曲线的回弹和起皱问题。

为探究性能梯度分布的热冲压零件的回弹机理,采用模具分区加热技术,对USIBOR 1500P硼钢板进行U形件热冲压试验,并采用NDI三坐标测量仪PRO CMM3500分析了不同保压压力和模具温度下冲压件热区、冷区及过渡区的回弹规律,零件组织采用扫描电子显微镜进行观察。试验发现:随着保压压力的增大,热区、冷区和过渡区的回弹角均减小;随着模具温度的升高,冷区回弹角基本不变,热区和过渡区回弹角均减小,且过渡区的回弹程度在同样条件下比冷区和热区小。组织分析结果表明:马氏体组织越多回弹越大,贝氏体组织越多回弹越小。

对超高强度防撞梁的热冲压成形过程进行了模拟分析,揭示了热成形过程不同阶段板料温度、厚度、微观组织和性能的变化规律,以及初始成形温度、冲压速度和压边力等工艺参数对超高强钢热成形的影响规律,优化了防撞梁热成形工艺参数,并通过试验进行了验证。结果表明:热冲压成形过程中,板料厚度变化主要发生在高速冲压阶段,微观组织及性能变化主要发生在淬火阶段,热冲压成形件卸载后的回弹量很小;初始成形温度对板料厚度变化影响显著,初始成形温度较低时板料成形性较差;冲压速度过大或过小均易导致板料减薄严重;添加压料板会大幅降低板料流动性,易导致拉裂;对本文构件而言,最佳工艺参数是:初始成形温度为800 ℃、冲压速度为100 mm/s,不设置压料板。

针对复杂曲面类零件提出了一种采用三维全型面扫描检测零件的方法,通过逆向建模得到扫描数模,并与设计模型进行对比,得到成形零件的偏差量。对于某大型核电汽轮机空心叶片外弧零件,采用提出的三维全型面检测方法对其进行数据检测,并与设计模型进行比较,得出该零件的最大正偏差为2.59 mm,最大负偏差为-3.04 mm。与传统专用检具相比,三维全型面检测可以用于快速检测各类复杂零件,具有检测数据全和精度高的特点。对于该零件的回弹问题,提出了基于逆向工程的零件回弹补偿方法。对叶片外弧零件进行回弹补偿后,进行模具加工和试验,得到最终叶片外弧零件的最大正偏差为1.36 mm,最大负偏差为-1.43 mm,满足叶片外弧尺寸偏差的要求。

针对经典粗糙集只能处理连续型数据的不足,引入邻域粗糙集理论对铝合金焊接接头疲劳寿命影响因素进行分析,建立既能处理符号型又能处理数值型属性变量的统一邻域粗糙集模型。运用前向贪心和后向剪枝相结合的算法进行属性约简,获取影响接头疲劳寿命的核心因素集,并定量计算各影响因素的权重。实验结果表明:所建立的邻域粗糙集模型不需要先验知识,可从疲劳样本数据本身出发得到铝合金焊接接头疲劳寿命各影响因素的客观评定,能够选择少量的特征。

针对磁记忆信号在焊缝残余应力集中、隐性损伤识别和定位上的难题,建立了模糊隶属度最大似然估计识别模型。通过疲劳载荷作用下的Q235钢板状焊缝试件磁记忆检测试验,研究了焊缝残余应力集中、隐性损伤直至宏观断裂整个过程的磁记忆信号变化规律,提取多种磁记忆特征值:峰峰值ΔHp(y)、梯度最大值K_max、梯度均值K_ave、极限状态系数最大值m_max,引入正态分布函数计算其概率,结合半梯形模糊隶属度函数,建立了焊缝隐性损伤的模糊隶属度最大似然估计识别模型,判断疑似缺陷点进而识别隐性损伤并定位缺陷。结果表明:基于多种特征参数基础上的最大似然模糊隶属度估计结果与实际缺陷位置完全一致,验证了该模型可以有效避免误判的发生,为实际工程中应用磁记忆技术进行焊缝隐性损伤识别和定位提供了新的方法。

对火山灰-SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物)复合改性沥青混合料,橡胶粉-SBS复合改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料在不同温度条件下的压缩变形行为进行了系统研究,揭示了上述3种沥青压缩变形的微观机制。分别在40、25、20、0、-20 和-40 ℃,采用压缩试验测试沥青混合料样品在静压力作用下的力学性能。研究结果表明:在20 ℃以上时,添加火山灰和橡胶粉可以明显提高SBS改性沥青的压缩性能,其中添加火山灰样品的压缩强度提升了30%。在0、-20 ℃时,SBS在提高压缩强度中起主导作用,SBS改性沥青混合料样品的压缩强度则优于复合改性样品,但在-40 ℃时,火山灰颗粒改善了沥青胶浆的收缩性能,显著提高了复合改性沥青混合料的压缩性能。

针对陀螺传感器测量精度低,严重影响航空光电稳定平台视轴稳定精度的问题,设计了强跟踪卡尔曼滤波器。根据时间序列分析法的基本原理,对经过预处理的陀螺原始量测数据进行AR模型建模,根据该AR模型采用状态空间法设计卡尔曼滤波器,同时为了增强系统的鲁棒性,引入强跟踪算法对卡尔曼滤波中的状态预测方差进行实时调整,构造了强跟踪卡尔曼滤波器。阐述了该算法的理论、原理,并且在某型航空光电稳定平台上进行试验验证。试验结果表明:强跟踪卡尔曼滤波器输出信号的方差减少了44.1%,分散程度降低,同时,相较于巴特沃斯滤波器,最大超调量减少13%,上升时间缩短了3 ms,调整时间缩短了37.5 ms,使平台具有良好的动态性能。研究表明,强跟踪卡尔曼滤波器可以提高航空光电稳定平台的精度,有较高的实用价值。

为了进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力,提出了一种基于LuGre摩擦模型与扰动观测器(DOB)相结合的扰动补偿控制方案。首先,对某型两轴两框架平台系统速度环进行建模,并进行扰动分析,设计了扰动控制方案。然后,对平台进行摩擦模型参数辨识试验,在摩擦补偿的基础上设计扰动观测器,并通过仿真试验验证了方案的可行性。最后,为了测试该控制方案的可行性和必要性,将航空光电稳定平台安装于模拟转台上进行试验,测试其加入摩擦补偿和扰动观测器后平台的扰动抑制能力。试验结果表明:该控制方案在模拟飞行转台以3 Hz以内任意频率正弦运动的情况下,系统的扰动隔离度至少提高了14.52 dB;且系统在低速运行时,其跟踪性能明显提高,跟踪误差的均方值由原来的0.1959 °/s减小到0.0838 °/s。同时,通过振动试验验证了该控制方案对质量不平衡引起的干扰也有很好的抑制作用,具有较好的鲁棒性和较高的实用价值。

针对串联主缸踏板行程模拟器展开研究,分析了在正常工况和前、后腔分别漏油工况下踏板力的传递途径、踏板感觉及其影响因素,采用模糊自适应PID控制方法对影响参数进行在线自整定,以控制电磁阀来建立良好的模拟制动感觉。最后,采用Matlab-AMESim联合仿真,研究了踏板行程模拟器的主要参数变化时对踏板力与行程特性关系的影响,仿真实验结果表明,本文控制方法可使制动踏板特性在正常工况和前、后腔漏油工况下均满足设计要求。

研究了基于数据流切片的软件特征,为软件识别提供一种新的算法和评判系统。给出与算法相关的定义,如数据流、关系拓扑排序和相似度比较等。详述了算法的关键步骤,包括数据依赖关系、数据依赖图的构成与化简、关系拓扑排序等过程。最后,实现了算法和数据流软件特征评判系统。系统实现和实验分析证明该研究数据分析和理论推导相互验证,对推进基于特征的软件识别研究具有重要的理论和现实意义。

在运用随机过程和顺序统计原理建立载荷和强度随时间变化的动态可靠性模型基础上,利用稳健设计理论,建立了机械零部件动态可靠性稳健优化设计的多目标优化模型。针对该多目标模型所具有的动态高维的特点,提出了基于灰色关联分析的多粒子群协同动态多目标优化算法。以钢板弹簧结构为例,给出了动态环境下随时间变化的最优解集,为机械零部件的动态可靠性稳健优化设计提供了理论依据。

针对场景图像种类增多、场景复杂度增加和场景内容增大的趋势,本文提出了一种基于多层次特征表示的场景图像分类算法。首先采用Object Bank目标属性的高层特征表示方法,经分类器预测出该图像所属的场景主题;然后在同一场景主题内,采用基于底层特征的局部约束低秩编码方法提取图像特征;在低秩编码方法中加入局部约束正则化并采用F-范数替代核范数的优化方法,减少计算复杂度,实现对场景图像较为细致的理解。这种由高层特征和底层特征相结合的多层次特征表示方法,从对象特征的粗理解到底层细节特征的详细解析,充分利用了不同特征间层层递进和互补的关系,实验结果证明了本文算法的有效性。

针对无线Mesh网络中传输链路负载不均衡的问题,使用混合整数线性规划问题表示联合信道分配、路由度量以及网络接口分配的优化模型,提出一种快速收敛的启发式算法(ILSG)求解规划问题。ILSG算法使用考虑网络连通性以及负载均衡的贪婪算法生成可用初始值,将初始值代入局部迭代搜索法(ILS)获得规划结果并确定网络资源分配方案。仿真结果表明:ILSG算法可以以更快的收敛速度得到优化模型的分配策略,在保证网络公平性的基础上提升了网络性能。

将信干噪比估计不确定问题引入到有几乎空白子帧存在时的异构网络中,在异构网络中提出一种新的用户选择接入和资源分配联合算法。为了用最少的无线资源满足用户的传输速率需求,将问题建模为最小-最大差值广义分配模型,然后进行求解。仿真结果验证了本文方法的可行性。

从逻辑和拓扑两个层面对能源互联网的网络体系结构进行了分析,并且将现有能源互联网安全研究归类为安全需求驱动法、安全模型法和系统论方法,采用逼近理想解排序法(TOPSIS)对现有安全防护方法进行分析和比较。针对已有安全机制普遍存在的孤立性和欠缺整体统一方案的问题,提出了基于可信平台模块(TPM)的能源互联网统一安全架构。给出了该方案的安全模型和典型的消费层通信协议并进行了安全性分析。结果表明:新的安全架构能够很好地满足安全需求,有利于安全、可靠地大规模应用能源物联网技术。

针对无线传感网络(WSN)区域失效检测存在的范围精度低、误差大的问题,提出了一种WSN失效检测新模型。分析了WSN失效早期的信号特征,证明网络在失效前、后存在节点蝴蝶效应变化。引入虚拟区域的多维对偶模型,利用失效发生时,WSN节点蝴蝶效应变化在空间中表现出的对偶特征,对WSN中可能存在的失效风险进行检测,保证网络在不降低服务可用性的条件下完成失效区域检测。试验结果表明:该方法能够定量分析WSN失效对其安全性能的影响,且无需增加网络负担。

针对相干/同向信号波达方向(DOA)与多普勒频率的联合估计问题,提出了一种基于特征空间的修正二维MUSIC联合估计算法。首先,建立包含DOA和多普勒频率信息的广义阵列信号模型,通过共轭重构对阵列接收信号的协方差矩阵进行修正,使其有效适用于相干/同向信号下DOA与多普勒频率的联合估计。同时,在二维MUSIC算法的基础上,提出了一种基于特征空间的DOA与多普勒频率联合估计算法,该算法充分利用了信号子空间和噪声子空间的信息,并且可以对源信号功率进行估计。对该算法加以修正后同样可以应用于相干/同向信号的DOA与多普勒频率联合估计,且可以得到比修正二维MUSIC算法更好的估计效果。最后,通过仿真试验验证了本文算法的有效性。

针对经验模态分解(EMD)过程中存在的模态混叠等问题,提出了一种基于最优特征的自适应白噪声平均总体经验模态分解方法。该方法采用基于边界局部均值延拓的方法抑制端点效应问题,同时,在经验模态分解的每个阶段自适应地添加有限次白噪声,保证在平均次数相对少的情况下,通过计算唯一残余分量来获取信号的固有模态函数,从而避免了模态混叠问题的产生。通过分析仿真信号和实测信号,证明了该方法对模态混叠现象有一定的抑制作用,同时可有效避免端点效应问题的产生。

针对强噪声背景下地震资料噪声压制困难的问题,提出一种基于地震信号相似性的维纳滤波传递函数优化算法。该算法将待处理资料分块,并依据地震同相轴的时空相似性构建三维相似组。经过低秩近似,信号与噪声差异明显,能够计算得出更为精确的维纳滤波传递函数。经过仿真信号与真实地震资料的对比验证,采用本文优化算法得到的传递函数进行维纳滤波,既能实现随机噪声的有效压制,又能极大地保护信号的有效成分。

在监测工区范围内建立一个可用速度模型能够有效地提高微地震定位的可信度,本文针对微地震地面监测速度模型校正进行研究。目前已有的微地震地面监测速度模型校正方法仅对各层速度不确定性进行了分析,并没有考虑到各层界面位置不确定性,导致最终射孔定位结果仍存在一定误差。本文在振幅叠加微地震速度模型构建方法基础上,提出了通过扩大解空间的方法提高射孔重定位精度,即在极快速模拟退火方法过程中同时考虑各层速度不确定性和层界面位置不确定性。二维层状起伏地层模型实验表明:与现有方法相比,该方法能够准确将射孔事件重定位至其真实值处,并能有效提高射孔点附近微地震事件定位可信度。最后将该方法应用于实际野外数据处理,验证了该方法的有效性和实用性。

针对煤矿井下智能视频监控采集到的视频图像质量较差、干扰多、噪点多、目标检测不准确等问题,提出了一种基于改进粒子滤波的模糊目标检测方法。在标准粒子滤波理论框架下,以视频多图像帧差为基础构建非线性、非高斯多系统状态空间融合模型;在图像帧差得到的关键点区域范围内进行粒子抽样及概率密度的传播;利用加权后验样本粒子表示多系统状态空间融合模型的后验概率密度;采用样本均值方法融合估计系统后验状态;最后对系统状态空间模型进行输出,得到目标检测结果。使用三交河煤矿井下视频监控数据进行试验验证,分别釆用改进的粒子滤波、标准粒子滤波、无损卡尔曼滤波以及扩展卡尔曼滤波等方法进行对比。试验结果表明:针对煤矿井下视频模糊目标检测问题,改进的多状态空间模型及关键区域采样粒子滤波算法具有良好的目标检测效果。

为了提高现有楔条形阳极的光子计数成像探测器的整体计数率,根据探测器输出信号的特点,研制了一个基于高速模数转换(A/D)芯片和现场可编程门阵列(FPGA)的位置读出电路。该电路采用高速A/D芯片(65 MHz采样频率)对整型放大器输出的高斯型脉冲信号逐点数据采样后获取其峰值的方法来代替原有的前端模拟电路中昂贵的峰值保持模块及NI公司的多道数据采集卡,采集的数据通过FPGA进行处理并且通过USB传输到计算机中进行解码,最终还原出图像。试验结果表明:由该电路获得的探测器图像在分辨率基本保持不变的条件下,整体计数率可以提高近一倍。

为了提高煤矿井下硬地层的钻进效率,借鉴石油钻头的设计和加工理念,提出了一种适用于煤矿井下硬岩钻进的新型弧角型PDC钻头的设计思路。采用有限元数值模拟方法,分别对直径为113 mm的弧角型聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的切削结构和水力结构进行优化设计,得出:当采用内锥角为130°、外锥圆弧半径为20 mm的冠部形状,切削齿切削角度为-15°、侧转角为4°~6°,刀翼采用直刀翼的钻头切削结构时,破岩效果最佳;喷嘴喷射角为22°~30°、方位角的设计靠近切削齿的工作面时的钻头水力结构,能够满足岩屑的有效运移。基于此,试制了直径为113 mm的弧角型PDC钻头,并进行现场试验,结果表明:弧角型PDC钻头的平均寿命为626 m,平均钻进时效为25 m/h,与工区现用普通内凹型钻头相比,寿命提高了4倍,钻进效率提高了1倍,说明本文设计的弧角型PDC钻头能够代替普通内凹钻头应用于硬地层钻进,可同时达到提高钻进效率和降低施工成本的目的。