基于CFD的TBL脉动压力水下航行器流激噪声计算

高速航行时的水下航行器的水动力噪声问题一直尤为突出,水动力噪声分为流体脉动压力直接辐射声与流激噪声,流激噪声是结构表面受到湍流脉动压力引起结构振动产生的噪声。由于湍流扰动的随机性,表面脉动压力时空不均,在计算流激噪声时需要统计分析方法的介入。湍流边界层脉动压力的计算方法主要包括传统的半经验公式法计算和 CFD 流场分析计算,将二者相结合对流激噪声进行预报,在流场仿真中提取出频率波数谱预测模型所需的参数,分别使用有限元法和统计能量法代入并计算,对比结果与理论经验公式方法得到的结果,二者的噪声结果较为吻合。     

考虑自由面反射作用的圆柱流噪声计算

对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一,目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟,但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚,还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场通过大涡模拟方法求解,自由液面则依靠VOF方法捕捉,通过Curle方程预测远场噪声,基于镜像法考虑自由面的反射作用,数值模拟近自由面圆柱周围的声场分布。开展了Re=3 900下距离自由液面不同高度的圆柱辐射噪声求解,主要结合流场分析自由面对声场的扰动作用和不同深度对水下几何体流噪声的影响。初步考虑了自由液面波形对辐射噪声的反射作用,为后续预测水面舰船的水动力噪声特性提供依据,自由面对辐射噪声的阻抗等作用还需进一步研究。     

基于LES和FEM/AML方法对潜标结构流噪声预报研究

为了更合理地预报潜标结构在海洋环境下的流噪声情况,采用基于大涡模拟(LES)结合远场自动匹配层(FEM/AML)技术的声学混合方法,以某NACA翼型结构为研究对象对其进行水下声学分析。该方法得到了频域条件下标体结构在特征点处的声压级频率响应曲线与表面声压分布情况,并与FLUENT计算结果进行对比,脉动压力结果与表面声压分布吻合良好,证明了该方法预报水下结构流噪声的可靠性。研究结果表明,标体结构流噪声能量主要集中在低频段,集中区域位于该标体的中后段,辐射噪声沿标体结构上下表面成瓣状分布,标体中部辐射范围大,标体头部、尾部辐射范围较小。     

基于本征正交分解的湍流去噪

在近岸河口湍流研究中,实测的湍流资料往往容易受到噪声的影响,导致湍流特征量的估算出现偏差。本征正交分解是一种将流场在能量上进行分解再重构的方法,基于该方法,结合数值实验和野外实测资料,对包含噪声的湍流数据进行了去噪处理。结果表明：（1）本征正交分解能有效去除湍流中的噪声。在进行信号重构时,应将保留能量的百分比与湍流能量占比保持一致。去噪的效果与噪声占比有关,噪声占比越高,去噪效果越明显。（2）在实测资料中,憩流时刻的噪声占比要显著大于非憩流时刻,水平方向的噪声占比要大于垂直方向。经过本征正交分解去噪后,各湍流特征量的估算更加合理。     

抗流激自噪声布设系统

本文描述抗流激自噪声布设系统的设计和比测结果。当水流通过测量水听器及其电缆时,会产生扰动、颤动和跳动的噪声──自噪声。低频海洋环境噪声的测量常常受这些流激自噪声的干扰。当流速大于1/2节时,尤其明显。我们采用“中性”浮标的水听器结构,消除加速的影响。又采取隔震措施,使电缆的颤动不易传到水听器上。利用透声性能好的薄玻璃钢导流罩,减少湍流压力起伏。我们利用上述技术设计了四种抗流激自噪声布设系统。第Ⅳ系统效果显著,可降低自噪声几分贝至25分贝。     

圆板结构周向表面裂纹识别的振动功率流方法

从结构噪声的观点,利用振动功率流方法对圆板在集中力作用下的周向表面裂纹进行了诊断研究。周向表面裂纹模拟为转动弹簧,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度。在高频情况下,研究了圆板在中心受集中载荷作用下的弯曲波运动以及输入的振动功率流,分析了振动功率流与破损位置及其特征尺寸的关系,从而可进行有效的破损诊断。     

基于CFD标体结构流场及声学仿真分析

为了更好地研究潜标标体结构在水下受到流体的扰动情况,对设计的4种标体结构在水下的流场分布情况及噪声情况进行了仿真分析和比较研究。借助流体分析软件FLUENT对4种标体结构周围流场中的速度场、压力场及标体周围产生流噪声的大小进行了仿真分析,比较4种结构对流场的干扰大小,争取得到对流场干扰较小的标体结构外型。通过比较分析结果,可以对现有标体结构进行针对性的改进,同时为后期标体结构设计指明了方向,能够使标体在水中更好地发挥作用和功能,增加使用寿命提高工作准确度。     

船舶噪声对浅海海洋环境噪声空间相关的影响

通过对2001年亚洲海国际声学实验(ASIAEX)得到的海洋环境噪声数据进行处理,计算了噪声场空间相关系数、功率谱密度和垂直指向性,分别研究了受到远距离和近距离船舶辐射噪声影响的海洋环境噪声空间相关性.结果表明:船舶距离较远(10 km)时其辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声的空间相关性提高,而对500 Hz以上噪声的空间相关性没有影响;船舶距离较近(≤10 km)时,船舶辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声相关系数振荡变化,噪声空间相关性曲线在噪声信号声程差相差四分之一波长时出现第一个零点,对500 Hz以上的海洋环境噪声则会引起噪声能量升高,噪声的空间相关性也相对提高.基于现有理论,分别讨论了远距离船舶和近距离船舶产生的噪声场声学特性,对两种噪声场的海洋环境噪声空间相关性进行了合理的解释.     

内潮对吕宋海峡地转流动力计算的影响

利用2008年8~9月份吕宋海峡121°E断面上19.5°N~21°N之间4个连续站的CTD资料,讨论了内潮引起的温、盐剖面扰动对地转流诊断计算的影响,指出:在吕宋海峡,内潮引起的温、盐剖面扰动对地转流诊断计算的干扰不可忽略。因此,地转流诊断计算必须剔除温、盐剖面中的"内潮噪声"。另外,本文根据4个连续站时间平均后的温、盐剖面,通过动力计算法得到了吕宋海峡121°E断面上的地转流场,得出结论如下:吕宋海峡地转流速度较大部分多位于350 m以浅,流速最大值出现在表层;黑潮入侵南海主要发生于19.8°N~21°N的上层;在19.5°N~21°N之间,50~1 700 m深度范围内,海水体积通量呈现"上进下出"的垂向结构,350 m以浅为入流,流量约为2.6 Sv(1 Sv=1×106m3.s-1),350 m以深为出流,流量约为3.1 Sv。同期观测所得121°E断面上的盐度分布验证了本文所得地转流场的合理性。     

潜体绕流及远场声特性分析

首先采用SST（shear-stress transport）k-ω两方程湍流模型求解了潜体三维非定常粘性流场,然后基于Lighthill声类比理论,对潜体流噪声的远场特性进行了数值分析,并探讨了攻角的影响。研究结果显示,基于所研究的潜体外形,潜体在舷侧及深度等正横方向上的声辐射显著高于潜体在艏、艉等轴向上的声辐射,攻角的存在使声辐射增大。     

AUV移动探测下基于U-Net网络的本体噪声去除

在基于移动 AUV(自主水下机器人)平台的水下机动目标探测场景中,由于拖曳能力和探测孔径的限制,目标噪声极易淹没在本体噪声中。而且,本体噪声与目标噪声具有非常相似的频谱特性和倍频关系,进一步加重了目标噪声分析的难度。为降低本体噪声的影响、提高目标噪声的信噪比,开展了基于 U-Net 深度网络的水下混合噪声信号分离算法研究。通过仿真模型测试了算法在不同转速差、桨叶数差以及目标噪声信噪比条件下去除本体噪声的性能。实验结果初步表明：在目标信号信噪比不低于–10 dB 的条件下,算法可以对本体噪声进行有效去除。     

特征系统实现算法中的噪声问题研究

研究特征系统实现算法在模态识别过程中的噪声处理问题。特征系统实现算法为目前土木工程领域应用较为广泛的一种模态识别法。在处理实测数据时,特征系统实现算法将实测数据分解为结构真实信号和噪声信号,从而将噪声消除。分块Hankel矩阵的维数对信噪分离过程影响很大。提出当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号可以最好的分离。通过在实测信号里添加噪声(产生噪声-噪声信号),将实测信号和噪声-噪声信号识别的结果进行比较,提出了1种验证识别模态参数是否为结构真实模态的检验方法。本文应用导管架平台实例来验证提出方法的适用性。结果表明,当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号能够有效地分离,此时添加的噪声主要影响噪声信号部分。由实测信号和噪声-噪声信号识别的模态参数非常吻合。     

特征系统实现算法中的噪声问题研究

研究特征系统实现算法在模态识别过程中的噪声处理问题.特征系统实现算法为目前土木工程领域应用较为广泛的一种模态识别法.在处理实测数据时,特征系统实现算法将实测数据分解为结构真实信号和噪声信号,从而将噪声消除.分块Hankel矩阵的维数对信噪分离过程影响很大.提出当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号可以最好的分离.通过在实测信号里添加噪声(产生噪声-噪声信号),将实测信号和噪声—噪声信号识别的结果进行比较,提出了1种验证识别模态参数是否为结构真实模态的检验方法.本文应用导管架平台实例来验证提出方法的适用性.结果表明,当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号能够有效地分离,此时添加的噪声主要影响噪声信号部分.由实测信号和噪声噪声信号识别的模态参数非常吻合.     

多维动态噪声信息的可视化研究

基于环境噪声声线追踪方法,提出基于不规则三角网格的噪声分析算法并通过噪声实测数据检验校正。基于自主知识产权的VRGIS平台,将区域范围内噪声源数据、地理数据、建筑的分布状况、道路状况等信息综合,分析和计算后生成反映区域噪声水平状况的多维噪声分布图,并以动态放映和趋势分析方式进行噪声时空演变分析。将抽象无形的噪声转化为可实时漫游的多维噪声场景,直观形象的表现区域的噪声分布,为声环境决策提供依据。     

一种海岸带高分辨率遥感图像椒盐噪声滤波的新方法

椒盐噪声是常见的图像噪声,典型的图像平滑算法不能区分海岸带高分辨率遥感图像中的噪声点和信号点,常造成图像平滑后海岸线等细节损失。提出先识别噪声点再进行去噪的新方法,通过统计关联参数用双阈值识别噪声,然后用中心权值为零的模板平滑噪声点。实验表明,该方法在滤除椒盐噪声的同时,较好地保持了海岸线等细节。     

带乘性噪声系统在加性噪声相关时的最优固定域平滑及反褶积算法

最优平滑及最优反褶积在石油地震勘探、通讯工程、语音处理等应用领域都具有十分重要的意义。以往的带乘性噪声系统的平滑及反褶积大都对系统模型的噪声特性有着较强的限制条件 ,要求动态噪声及观测噪声互相独立或只能在同时刻相关。该文给出了一种在动态噪声为有色噪声及动态噪声和量测噪声在有限时间段上相关的情形下带乘性噪声系统的固定域平滑及反褶积算法 ,该算法在线性最小方差意义下是最优的。通过仿真计算 ,说明了该算法的有效性。     

多维动态噪声信息的可视化研究

基于环境噪声声线追踪方法,提出基于不规则三角网格的噪声分析算法并通过噪声实测数据检验校正.基于自主知识产权的VRC:IS平台,将区域范围内噪声源数据、地理数据、建筑的分布状况、道路状况等信息综合,分析和计算后生成反映区域噪声水平状况的多维噪声分布图,并以动态放映和趋势分析方式进行噪声时空演变分析.将抽象无形的噪声转化为可实时漫游的多维噪声场景,直观形象的表现区域的噪声分布,为声环境决策提供依据.     

舰船辐射噪声仿真模型置信度评估方法

根据舰船辐射噪声频域特性,从舰船辐射噪声线谱、谱密度的发展变化趋势、特征频段信号能量 3 个方面考虑,对舰船辐射噪声仿真数据和实测数据进行一致性分析,综合评估舰船辐射噪声仿真模型置信度。通过对舰船辐射噪声仿真模型置信度分析,为舰船辐射噪声仿真信号源置信度提供理论支撑。     

利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6cm/s。     

基于弱纹理块的噪声估计方法在侧扫声呐图像去噪中的应用

侧扫声呐图像受混响效应影响导致侧扫声呐图像斑点噪声强,边缘模糊,纹理较弱,严重时还会掩盖海底地貌。噪声方差是许多侧扫声呐图像变换域去噪算法的必要参数。指出了侧扫声呐图像在乘性噪声的影响下灰度值溢出的问题,并且以侧扫声呐图像中乘性噪声为背景,考虑灰度值范围对乘性噪声的抑制作用,提出了一种基于弱纹理块的噪声估计方法。算法主要根据噪声的散射模型,将侧扫声呐图像经过幂变换和对数变换,将服从瑞利分布的乘性斑点噪声变换为高斯白噪声,基于变换图像的梯度协方差矩阵和弱纹理块的动态选择,以迭代的方式确定噪声方差。实验结果表明:该算法能够去除灰度值溢出现象对噪声估计的影响,在高亮区域及背景区域的噪声估计结果稳定准确。