检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：张冰冰中国科学院大学

学位级别：硕士

近些年来随着鱼类游动研究的不断深入，快速机动运动成为研究重点。通过高速摄影记录鱼体在每个时刻的形态和位置数据，然后通过鱼体质量分布获得不同时刻的质心位置，从而获取鱼体质心的运动速度和加速度，并由此计算出鱼体所受到的流... 详细信息

近些年来随着鱼类游动研究的不断深入，快速机动运动成为研究重点。通过高速摄影记录鱼体在每个时刻的形态和位置数据，然后通过鱼体质量分布获得不同时刻的质心位置，从而获取鱼体质心的运动速度和加速度，并由此计算出鱼体所受到的流体力。但是，实验中并不能直接得到自主游动的鱼体转动角速度、自主变形的速度以及作用于鱼体的流体力矩等物理量，这对实验研究鱼类快速转弯机动的动力学特性带来了挑战。本文提出了一套基于变形体动力学方程的实验数据处理方法，对斑马鱼的快速机动运动进行实验研究。主要的工作简述如下:　　(1)基于变形体动力学方程，通过变形约束条件，得到鱼体绕质心转动的角速度，进而得到鱼体绕质心的转矩。这样不但可以完善运动学数据（转动角速度）及动力学数据（流体力矩），而且可以进行力能学的分析。　　(2)采用上述实验数据处理方法获得一系列完整的斑马鱼快速转弯机动运动的运动学数据及动力学数据，依据是否存在外界刺激以及机动运动的持续时间，将斑马鱼的快速转弯机动运动分成C型起动以及C型拐弯两种模式，并通过统计学分析这两种运动模式中鱼体的运动学及动力学数据的差异。研究发现:斑马鱼的C型起动与C型拐弯的“C”形弯曲程度是相近的，而C型起动中鱼体的最大转动角速度、质心的最终运动速率、推力、侧向力以及力矩的峰值都是C型拐弯的数倍;斑马鱼通过控制曲率波的传播速率来实现不同的机动运动。通过对两个典型实例的分析，在相近的“C”形弯曲下，C型起动比C型拐弯获得大得多的速度增量，但转弯的角度小于后者，这源于C型起动后期的S型摆尾提供了强大的推力且产生了反向的转动。　　(3)通过对斑马鱼捕食饵料机动运动的实验观测和数据分析，得到了斑马鱼的捕食策略:当饵料位于斑马鱼的正前方时（饵料的初始方位角小于30°），斑马鱼通过S型起动捕食;当饵料位于斑马鱼的侧面时（初始方位角大于30°），斑马鱼首先通过转弯机动运动实现转弯加速，而后通过S型起动（S型摆尾）加速捕食。C型起动的加速性能强于S型起动，因此斑马鱼可以通过C型起动的加速性能来弥补S型起动加速能力不足的缺陷。对于S型起动来说，增大摆幅与曲率波的传播速率，可以获得更大的推力以及加速度。

关键词：活体实验观测斑马鱼机动运动水动力学

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水下高速航行体机动运动非定常超空泡数值模拟

水下高速航行体机动运动非定常超空泡数值模拟

引用

作者：李振旺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超空泡技术是一种有效提高水下航行体速度的手段，进而可以在很大程度上改变水下作战前景。然而超空泡流涉及到了多相流、湍流和空化等难题，相关技术并未完善。目前俄罗斯的“暴风”超空泡武器只具备直航打击能力，所以对超空泡武器的... 详细信息

超空泡技术是一种有效提高水下航行体速度的手段，进而可以在很大程度上改变水下作战前景。然而超空泡流涉及到了多相流、湍流和空化等难题，相关技术并未完善。目前俄罗斯的“暴风”超空泡武器只具备直航打击能力，所以对超空泡武器的机动性研究是非常重要的课题。基于此背景，本文研究了超空泡航行体在不同运动条件下的空泡形态特征和流体动力特性，总结了相关规律，具体研究内容如下： (1)应用两相流模型并结合三维动网格技术计算了超空泡航行体周期性俯仰、偏航和横滚运动过程的流动特性。在不同摆动幅度和频率条件下，讨论了航行体表面沾湿及航行体流体动力的变化规律。 (2)通过流体控制方程与航行体动力学方程的耦合建立了超空泡航行体动力学数值计算模型，研究了航行体在自由横滚运动过程中空泡形态和航行体流体动力变化规律。 (3)通过添加动量源项等处理方法，建立了超空泡航行体水平面转弯运动的数值计算模型。首先将CFD模型计算结果与Logvinovich独立膨胀原理和经验公式进行对比来验证此方法的有效性，然后计算了空化器和航行体在通气空化与自然空化时的空泡形态和流体动力特性，最后研究了转弯运动时航行体周期性俯仰与周期性偏航过程中航行体流体动力变化情况。

关键词：流体力学超空泡航行体机动运动数值模拟

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鱼类机动运动机理初探

鱼类机动运动机理初探

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2003空气动力学前沿研究研讨会

作者：胡文蓉童秉纲马晖扬中国科学院研究生院中国科学院研究生院中国科学院研究生院

应用有限体积法求解不可压缩二维N—S方程,数值模拟了鱼类C型起动中尾鳍的摆动以及鳗鱼的倒退运动,并对这两种机动运动的机理进行了探讨。结果表明,C型起动主要是靠尾鳍大幅度快速回摆,迅速地改变流体的动量,从而得到加速度。而鳗鱼的... 详细信息

应用有限体积法求解不可压缩二维N—S方程,数值模拟了鱼类C型起动中尾鳍的摆动以及鳗鱼的倒退运动,并对这两种机动运动的机理进行了探讨。结果表明,C型起动主要是靠尾鳍大幅度快速回摆,迅速地改变流体的动量,从而得到加速度。而鳗鱼的倒退运动则是利用尾迹涡不同的排列产生不同方向的射流,从而实现加速或减速运动。

关键词：鱼游机动运动力学机制 N—S方程

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深度学习算法在斑马鱼机动运动中关键部件重构的应用研究

深度学习算法在斑马鱼机动运动中关键部件重构的应用研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：高梦忱郝杰兮林利凡余永亮中国科学院大学工程科学学院生物运动力学实验室哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院

鱼类在高速机动运动中附鳍的作用尤为关键。如果没有附鳍的伸展与收缩,鱼类很难保持自身处于平衡姿态,并完成高速转体。然而,目前人类对鱼类附鳍的研究仍处于起步阶段。究其原因,缺少大量翔实的实验测量数据是目前面临的一大瓶颈。其中... 详细信息

鱼类在高速机动运动中附鳍的作用尤为关键。如果没有附鳍的伸展与收缩,鱼类很难保持自身处于平衡姿态,并完成高速转体。然而,目前人类对鱼类附鳍的研究仍处于起步阶段。究其原因,缺少大量翔实的实验测量数据是目前面临的一大瓶颈。其中,又以如何完成大批量高速相机采集图像的快速处理以及准确重构,为重中之重。因此,在本文研究中,通过引入深度学习算法,对斑马鱼高速机动运动中的左、右胸鳍、尾鳍进行图像分割与几何重构。为解决目标图像区域存在的面积小、不易识别,以及需去除环境噪声干扰等问题,本文采用二阶段式深度学习方法进行数据处理。第一阶段通过改进后的YOLO模型完成附鳍区域的检测,第二阶段在已检测区域内通过改进的UNet模型完成对目标轮廓的图像分割。其中,通过引入注意力机制及ASPP方法,有效提升了神经网络模型的识别精度。经过离线数据增强后,本文共使用15990幅图像作为训练集,646幅图像作为测试集,循环48次,最终可实现附鳍DICE值:左胸鳍95.91%,右胸鳍95.94%,尾鳍94.23%。结果表明,改进后的深度学习算法能够良好适用于斑马鱼机动运动中附鳍图像的轮廓识别与几何重构。基于此,我们对左右胸鳍及鱼尾鳍在机动运动中的变形特征进行了提取与分析。在斑马鱼转动角度为9.01°-50.68°范围内,左、右胸鳍的平均面积为8.40mm2与8.85mm2,张角变化平均值为44.22°与42.77°。当鱼体进行逆时针转体时,左胸鳍张角的变化更加明显,并且平均伸展面积小于右胸鳍;反之,则右鳍张角变化明显,且平均面积小于左鳍。此外,我们还发现在鱼体转动过程中,尾鳍的张角变化并不显著。然而随着鱼体转弯角度的增大,尾鳍的平均伸展面积也会随之增大。这有利于鱼体稳定并持续获得高机动性能。综上所述,本文结果会对人类进一步认识和理解鱼类高效推进机理,产生帮助。

关键词：活体斑马鱼实验机动运动深度学习鱼鳍分割

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鱼类机动运动机理初探

鱼类机动运动机理初探

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2003空气动力学前沿研究学术研讨会

作者：胡文蓉童秉纲马晖扬中国科学院研究生院(北京)

应用有限体积法求解不可压缩二维N-S方程,数值模拟了鱼类C型起动中尾鳍的摆动以及鳗鱼的倒退运动,并对这两种机动运动的机理进行了探讨.结果表明,C型起动主要是靠尾鳍大幅度快速回摆,迅速地改变流体的动量,从而得到加速度.而鳗鱼的倒退... 详细信息

应用有限体积法求解不可压缩二维N-S方程,数值模拟了鱼类C型起动中尾鳍的摆动以及鳗鱼的倒退运动,并对这两种机动运动的机理进行了探讨.结果表明,C型起动主要是靠尾鳍大幅度快速回摆,迅速地改变流体的动量,从而得到加速度.而鳗鱼的倒退运动则是利用尾迹涡不同的排列产生不同方向的射流,从而实现加速或减速运动.

关键词：机动运动力学机制 N-S方程鱼类游动

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机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

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计算机测量与控制 2011年第7期19卷 1643-1646页

作者：胡峰罗凯李淼秦侃西北工业大学航海学院陕西西安710072

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形... 详细信息

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。

关键词：机动运动超空泡水下航行器重力效应空泡延迟效应运动特性

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考虑空泡延迟特性的超空泡航行器运动控制模型

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交通运输工程学报 2010年第3期10卷 41-45页

作者：罗凯李代金党建军王育才张宇文西北工业大学航海学院陕西西安710072

基于超空泡的独立扩张原理,考虑了超空泡的时间延迟特性,在随体坐标系中建立航行器尾部中心指向超空泡中心的空间矢量,提出了可以描述超空泡航行器机动航行特性的运动控制模型。在充分考虑超空泡航行器巡航阶段纵平面为弱机动的基础上,... 详细信息

基于超空泡的独立扩张原理,考虑了超空泡的时间延迟特性,在随体坐标系中建立航行器尾部中心指向超空泡中心的空间矢量,提出了可以描述超空泡航行器机动航行特性的运动控制模型。在充分考虑超空泡航行器巡航阶段纵平面为弱机动的基础上,对运动模型进行了无横滚匀速定深直航简化。所得航行器空间运动模型既考虑了超空泡的延迟效应诱发的空泡脱体现象,也兼顾了巡航阶段运动特点的描述,模型封闭,便于工程应用,可作为航行器机动运动控制的对象基础。

关键词：超空泡水下航行器机动运动运动模型时间延迟运动特性

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一种无源雷达高速机动目标检测新方法

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电子与信息学报 2014年第12期36卷 3008-3013页

作者：杨宇翔同武勤熊瑾煜西南电子电信技术研究所成都610041

针对无源雷达中高速机动目标在积累时间内出现距离和多普勒徙动,导致检测性能恶化的问题。该文建立了目标信号模型,提出一种基于Keystone变换结合傅里叶变换分段计算的高速机动目标检测方法,通过信号重叠分段划分快时间和慢时间,利用Key... 详细信息

针对无源雷达中高速机动目标在积累时间内出现距离和多普勒徙动,导致检测性能恶化的问题。该文建立了目标信号模型,提出一种基于Keystone变换结合傅里叶变换分段计算的高速机动目标检测方法,通过信号重叠分段划分快时间和慢时间,利用Keystone变换校正径向速度差的距离徙动,再对慢时间进行二次分段,并结合傅里叶变换的分段计算完成径向加速度差的距离和多普勒徙动校正,实现信号相参积累和目标检测。仿真和实测数据结果验证了该方法的有效性。

关键词：无源雷达目标检测相参积累机动运动 Keystone变换

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天基预警雷达微弱动目标检测与定位方法研究

天基预警雷达微弱动目标检测与定位方法研究

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作者：吴孙勇西安电子科技大学

学位级别：博士

天基预警雷达监视空中和空间目标具有重要的军用价值,但面临低信噪比下机动目标检测、跟踪和定位等技术的挑战,引起国内外的广泛重视。增加积累时间可以达到提高信噪比的要求,但由于目标的高速运动和大机动飞行等特点,进行长时间积累时... 详细信息

天基预警雷达监视空中和空间目标具有重要的军用价值,但面临低信噪比下机动目标检测、跟踪和定位等技术的挑战,引起国内外的广泛重视。增加积累时间可以达到提高信噪比的要求,但由于目标的高速运动和大机动飞行等特点,进行长时间积累时易发生距离徙动与回波非平稳,使得传统基于FFT的相参积累方法性能恶化。检测前跟踪技术(TBD)通过对多帧图像数据作相关处理,几乎没有信息积累损失,特别适合低信杂噪比下的目标检测与跟踪。此外,识别空间目标要求发射宽带信号,而星上资源相对有限,利用宽带信号对目标进行识别的同时对目标进行定位可充分挖掘信号资源。本文紧密围绕天基雷达微弱运动目标检测与定位中的实际问题,对机动目标长时间相参积累、微弱目标的TBD算法、宽带信号的波达方向(DOA)估计等关键技术进行了深入的研究。本文的具体工作安排如下： 1.讨论天基雷达微弱信号检测技术所涉及的运动目标信号模型和微弱目标长时间能量积累等方面的问题,为后续的研究提供参考。 2.长时间相参积累是提高弱目标检测能力的有效手段,针对积累期间的距离徙动和多普勒展宽问题,提出两种解决途径。方法一首先根据回波高阶相位对包络补偿效果的影响对数据进行分段处理；然后对每个数据段采用速度滤波器组进行划分和keystone变换补偿回波包络走动,并且对包络补偿后的数据采用分数阶傅立叶变换估计回波相位历程；最后采用最小二乘方法拟合出目标的运动参数并对目标回波进行长时间相参积累。方法二针对目标作匀加速运动,且高速目标存在多普勒模糊的情况,将脉冲压缩后的目标回波信号转换到距离-多普勒二维频率域,通过对加速度的一维搜索构造补偿函数进行匹配处理。该方法仅需对加速度参数进行估计,由目标径向速度引起的距离走动和径向加速度引起的距离弯曲均能得到很好的消除。另外,所提算法可以有效地利用快速傅立叶变换实现而无需进行插值操作,运算量小。两种方法均采用计算机仿真进行了验证。 3.基于粒子滤波的TBD算法由于可以有效处理非线性、非高斯和多模式的状态估计问题,特别适用于机动微弱目标的检测与跟踪。针对传统基于粒子滤波的TBD算法中出现的退化现象以及粒子多样性缺失等问题,论文提出了两种改进算法。方法一通过几点改进策略以提高算法的性能,即采用对权重最低的部分“存活”粒子用“新生”粒子将其替换的粒子更新策略,而在每次重采样后,实施马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)移动步骤,引导粒子朝着多样性方向发展,在提升粒子多样性的同时缓解了粒子的退化,保证了目标的持续跟踪。同时将门限的选取转换为与之等价的分辨单元集大小的选取,这种选取方法只与SNR有关,适用于不同的背景噪声下。分析了粒子数量和门限的选取对跟踪性能的影响,分析结果表明只要采取恰当的策略,在粒子数较少时也能取得较好的性能。方法二是在粒子滤波的基础上融合无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,融合后的新算法在利用重要性密度函数产生粒子时充分考虑当前时刻的量测,从而引导粒子向高似然区域移动,使得粒子的分布更接近状态的后验概率分布。同时,在每次重采样后实施MCMC移动步骤。计算机仿真验证了算法的有效性。 4.将基于改进粒子滤波的TBD算法应用于雷达微弱信号的积累检测中。通过分析得到了接收信号的表达形式,从而采用与雷达信号处理相匹配的量测数据模型,能克服传统点扩散函数的模型误差。粒子滤波过程中,采用上述的改进算法,即采用“新生”粒子从强度最高的分辨单元集内均匀产生,且按概率对权重最低的部分“存活”粒子用“新生”粒子将其替换的粒子更新策略。仿真实验验证了算法的有效性。 5.识别空间目标一般是利用宽带信号所具有的高距离分辨率进行的,然而星上资源相对有限,为充分挖掘信号资源,利用宽带信号进行目标识别的同时对DOA进行估计很有意义。针对基于相干信号的聚焦(CSM)算法在短数据情况下,观测协方差矩阵估计偏差易导致算法性能下降的问题,提出一种新的解决思路,即利用粒子滤波对不同频率点处的目标阵列流形进行跟踪从而实现宽带DOA估计。该算法基于当前时刻的观测信息,无需估计观测协方差矩阵,使得在短数据情况下能够取得优良的估计性能。同时算法从一组随机的初始值出发,无需预估计波达方向,并且递推过程是基于极大似然估计的思想,具有解相关的能力。计算机仿真验证了算法在短数据、低信噪比和相干源情况下具有比CSM算法更为优良的估计性能。

关键词：微弱目标机动运动天基预警雷达相参积累检测前跟踪粒子滤波宽带波达方向估计

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锦鲤常规自由游动的流动物理研究

锦鲤常规自由游动的流动物理研究

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作者：杨焱中国科学技术大学

学位级别：博士

鱼类在自然选择中形成了丰富多样、各具特色的游动本领,同时仿生机器学蓬勃兴起,迫切要求人们更深入地认识鱼类的机动运动机理。近年来,尽管实验技术进步迅速,但对鱼类机动运动机理的认识仍亟需深入,对鱼类游动运动链的一体化研究成为... 详细信息

鱼类在自然选择中形成了丰富多样、各具特色的游动本领,同时仿生机器学蓬勃兴起,迫切要求人们更深入地认识鱼类的机动运动机理。近年来,尽管实验技术进步迅速,但对鱼类机动运动机理的认识仍亟需深入,对鱼类游动运动链的一体化研究成为一大趋势。为此,本论文针对该运动链的末端,即“鱼体-流体”相互作用问题,做了以下新的工作: 一、率先提出了鱼体作为变形体的动力学控制方程,以此建立鱼体动力学方程与非定常流体力学方程的一体化求解方法。该方法适用于数值模拟“主动变形动作→流体动力响应→鱼体运动结果”的运动链,为研究鱼的自主机动运动机理构建了一个二维的基础平台。二、运用该二维平台研究了锦鲤的加速-滑行游动。根据锦鲤的跟踪测量实验结果,研究了其自由游动中最常见的形式:加速-滑行游动。加速-滑行属于常规的自由游动,其特点是鱼体动作由摆尾与伸直交替构成,基本沿直线运动,有加速和减速两个阶段。论文通过数值模拟揭示了该游动方式的力学机理和流动物理特征,探索了该游动方式中锦鲤对其运动和力能学性能的主要控制机制。其中力能学的计算发现在相同平均速度的条件下,加速-滑行游动方式与巡游方式相比效率较低,输出功率较高,从而更正了前人从实验估算得到的加速-滑行游动耗能较少的认识。三、研究了锦鲤的常规转弯。实验中发现常规转弯,尤其是单摆尾转弯是锦鲤在自由游动中最常用的转弯方式,也属于常规的自由游动。本文研究了单摆尾转弯和巡游转弯两种转弯模式的非定常流动物理和流体动力学特征;通过比较常规转弯两种方式的机动性能和力能学特性,揭示了常规转弯所共有的动力学和流动控制规律以及两种方式的不同特点。计算结果给出了锦鲤常规转弯中的机动性能和力能学性能的若干重要控制规律,如敏捷性与机动性成正相关的关系,输出功率与转速成良好的线性关系,单摆尾转弯的效率高于巡游转弯。

关键词：鱼类游动锦鲤变形体动力学计算流体力学自由游动机动运动加速-滑行常规转弯

来源：评论

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