基于Matlab的水射流冲击靶体声音信号提取与分析研究

摘要

高压水射流技术作为一门新兴学科，已广泛应用于煤炭、石油、化工等行业部门。作为目前唯一的一种冷切割加工手段，高压水射流尤其适用于易燃易爆等危险环境下作业，特别是在军事应用方面，现已经开展了大量的相关理论和实验研究，例如销毁废弃炮弹、切割地雷等。声音识别技术主要是利用目标（声源）在运动过程中产生的声波，对目标进行识别，也广泛的应用于现代军事中，例如坦克、潜艇、飞机识别等。本论文在充分结合高压水射流技术和声音识别技术的基础上，利用高压水射流冲击靶体（地雷）声音对靶体（地雷）进行识别的技术开展了初步的研究工作。 现有的探雷技术已经非常丰富：金属探雷、红外成像探雷、化学分析探雷、声波探雷、自动化探雷、雷达系统探雷、核四极矩共振法探雷等。本文开展的利用高压水射流冲击声音识别靶体（地雷）的研究是作为高压水射流在切割靶体（地雷）试验工作的延伸和拓展，为高压水射流技术提供了新的应用方向，也为利用高压水射流技术连贯完成探雷、排雷，提供了有益尝试。 本论文主要做了以下几面工作：分析了探雷技术、高压水射流技术以及声音识别的技术国内外发展和研究现状；阈述了高压水射流和声音识别的基本原理，利用声音测量技术和计算机接口技术，构筑了高压水射流冲击靶体的噪声信号采集硬件系统，编写了相应的测试软件，实现了对水射流冲击靶体（地雷）噪声信号的数据采集；利用小波技术对靶体（地雷）的高压水射流冲击信号进行了信号消噪、特征提取等分析处理。 研究结果表明，按照论文设计的实验方式和信号分析方法，可以通过声音信号的分析对靶体（地雷）进行初步判断。今后，在继续充实和完善研究方法和手段的基础上，高压水射流冲击靶体（地雷）声音识别技术完全可以运用于实际排雷工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外探测地雷技术现状

1.3 课题来源及研究意义

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题主要意义

1.4 声音识别领域的研究历史、现状及发展趋势

1.4.1 关于声音识别技术的发展状况

1.4.2 声信号特征分析技术的方法研究

1.5 本课题研究的主要内容

2 水射流技术简介

2.1 水射流技术的发展概况

2.2 高压水射流的分类

2.3 水射流的特点

2.4 水射流技术的应用

2.5 国内外高压水射流技术的应用研究现状和发展趋势

2.5.1 国外高压水射流技术应用研究的现状

2.5.2 国内高压水射流技术应用的现状

2.5.3 高压水射流技术的发展趋势

3 水射流基本理论研究

3.1 水的物理性质

3.1.1 密度

3.1.2 压缩性

3.1.3 水的表面张力

3.1.4 粘性

3.2 流体的运动方程

3.3 高压水射流动力学特征

3.3.1 高压水射流结构

3.3.2 连续水射流动压分布

3.3.3 水锤冲击施载形式

3.3.4 断面形状与流量分布

3.4 射流基本参数

3.4.1 射流结构参数

3.4.2 射流打击力

3.4.3 射流反冲力

3.4.4 最佳靶距

3.5 选定水射流参数

4 小波基本理论及在信号处理中的应用

4.1 小波分析技术简介

4.2 小波变换

4.2.1 连续小波变换

4.2.2 离散小波变换

4.3 小波分解与重构

4.4 小波函数的选择

4.5 小波降噪的原理及应用

4.5.1 小波降噪的基本原理

4.5.2 小波的降噪的过程

4.6 信号特征的提取

4.6.1 信号特征与小波系数的关系

4.6.2 模极大值算法

5 水射流冲击靶体声音信号采集实验系统方案设计

5.1 实验系统组成与测量原理

5.2 系统硬件

5.2.1 高压水射流发生装置

5.2.2 声音传声器

5.2.3 放大器

5.2.4 BNClOS多功能接口盒

5.2.5 A/D板

5.3 软件构成

5.4 高压水射流冲击靶体(地雷)实验方案

6 水射流冲击靶体(地雷)声音信号处理

6.1 声音信号预处理

6.2 小波参数的选取

6.3 声音信号的小波分解消噪

6.4 声音信号特征——突变点分析

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果