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一种短垂直阵数据驱动简正波模态、波数提取方法:对称加权延拓数据矩阵SVD分解

批准号:
12104429
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王鹏宇
依托单位:
学科分类:
水声和空气动力声学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王鹏宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
数据驱动匹配处理是一种模基匹配处理方法,可用于水下目标定位及识别,具有先验环境信息要求少、实时性好等优点。简正波模态和波数提取方法是数据驱动匹配处理的基础。常用全水深垂直阵或长线水平阵提取模态和波数方法存在工程应用实现难的问题,亟需发展基于小孔径短垂直阵的简正波模态、波数提取方法。本项目提出《对称加权延拓数据矩阵奇异值分解》方法: 迭代构造一种新数据矩阵“对称加权延拓数据矩阵”,其奇异值分解可实现水平不变信道的简正波模态和波数提取,同时改善短阵矩阵缺秩导致的稳定性问题。本方法无需合作宽带声源,可利用机会声源或环境噪声,具有更好的工程应用前景。项目拟开展系统性理论推导,通过理论分析和数值仿真,研究方法的适用条件及其与短阵参数的关系,并开展近海原理性验证实验研究。本研究成果可为水下小平台集群查打一体化技术提供应用基础方法和技术支撑,具有重要的科学意义和应用价值。
英文摘要
Data-driven matching processing is a mode-based matching processing method that can be used for underwater target positioning and recognition. It has the advantages of less prior environmental information requirements and good real-time performance. The normal wave mode and wave number extraction method are the basis of data-driven matching processing. Commonly used full-depth vertical arrays or long-line horizontal arrays to extract modal and wavenumber methods are difficult to achieve in engineering applications. There is an urgent need to develop normal wave modes and wavenumber extraction methods based on small apertures and short vertical arrays. This project proposes the method of "Singular Value Decomposition of Symmetrically Weighted Extended Data Matrix": Iteratively constructs a new data matrix "Symmetrically Weighted Extended Data Matrix", whose singular value decomposition can realize the extraction of normal wave modes and wavenumbers of horizontally invariant channels. At the same time, the stability problem caused by the lack of rank of the short matrix matrix is ​​improved. The method does not need to cooperate with a broadband sound source, and can use opportunistic sound sources or environmental noise, and has a better engineering application prospect. The project intends to carry out systematic theoretical derivation, through theoretical analysis and numerical simulation, to study the applicable conditions of the method and its relationship with the parameters of the short array, and to carry out experimental research on offshore principle verification. The results of this research can provide basic application methods and technical support for the integrated technology of underwater small platform clusters, and have important scientific significance and application value.
申请人在2019年毕业后入职中国海洋大学,主要从事水声物理与信号处理交叉研究,主持参与6项国家级项目,总经费250万,担任中国声学学会和中国电子学会会员,2022年晋升为副教授。至今为止在国内外期刊会议发表论文以及报告15篇,其中在声学顶刊美国声学学会发表论文4篇(其中2篇通讯作者在基金支持期间),信号处理顶刊发表论文2篇,含有发明专利1项,在中国声学学会计算声学分会做特邀报告一次。本人主要工作:水声物理声场特征提取与形成机理研究,本项目取得主要创新性成果包括:1.国际上率先将PINN网络应用于水声场特征提取,构建了一种基于垂直阵可以同时提取简正波模态函数和水平本征波数的神经元网络构架CPINN,该研究在国际上被作为PINN网络在水声应用的参考标准。2.提出了两种波数估计算法:VLA-Matrix Pencil和VLA-MUSIC算法,相比传统算法,该方法提高了特征参数的估计精度,扩展了适用范围。3.在特邀报告中介绍了本人将随机矩阵和stable mode应用于水声物理的最新进展,受到了与会代表的广泛好评。
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