基于HBT干涉的MEMS传感阵列水下目标被动定位理论与方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805154
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Accurate location of underwater target is of great importance for safeguarding national security and maritime interests. As the underwater environment is very complex, and the target signals are affected by many factors, such as noise, reverberation, seabed topography, biological and so on, it is difficult to realize the accurate location of long-distance and low observable target. So, this project introduces the Hanbury Brown-Twiss (HBT) interference theory which has the ultra-sensitivity for optical detection into underwater acoustic field, and a novel passive location method of underwater targets is proposed. Firstly, analyzing the coherence of underwater target signals with HBT interference principle, and gaining the corresponding relationship between target location and the coherence of signals received by sensor units. Secondly, taking the array with better consistency MEMS hydrophone as the measurement tools, revealing the law of location performance of MEMS hydrophone array topology structure based on HBT interference principle, and establishing the measurement model of HBT interference location of underwater target. Finally, integrating research results to build an underwater test system, and optimizing the location model and array topology structure based on HBT interference principle by testing, which can be used to realize accurate location of long-distance and low observable targets. This research will provide novel principle and method for passive location of underwater target in complex environment.
水下目标的精确定位对保障国家安全、维护海域利益至关重要。由于水下环境非常复杂,目标信号易受到噪声、混响、海底地形、生物等因素的影响,难以实现远距离、低可探测性目标的精确定位。为此,本项目将光学测量中具有超灵敏探测特性的HBT干涉原理引入水声场,提出一种新型HBT干涉水下目标被动定位方法。首先,利用HBT干涉测量原理分析水下目标信号的相干性特征,以此为基础得到传感器阵元捕获信号间的相干性与目标位置之间的对应关系。其次,以一致性较好的MEMS水声传感器组成阵列作为测量工具,探究基于HBT干涉原理的MEMS水声传感阵列拓扑结构对定位性能的影响规律,并建立声场HBT干涉水下目标定位的测量模型。最后,集成研究成果,搭建水下测试系统,通过实验优化基于HBT干涉原理的定位理论模型与传感阵列拓扑结构,实现远距离、低可探测性目标的精确定位。本项目的研究为复杂环境下水下目标被动定位提供新的原理和方法。

结项摘要

由于水下环境的特殊性,常规雷达、光学等方法很难进行有效探测,为某些非合作目标的潜入提供了可乘之机,严重威胁我国国家安全。本项目将光学测量中具有超灵敏探测特性的HBT干涉原理引入水声场,提出了HBT干涉水下目标被动定位方法。利用HBT干涉测量原理分析水下目标信号的相干性特征,获取传感器阵元所捕获信号间的相干性与目标位置之间的关系,重点分析了目标自身特性(频谱、声源级、声源个数等)、背景噪声和阵列偏差对传感器所捕获信号相干性的作用机理。建立复杂声环境下基于HBT干涉的传感器阵列对声目标的定位模型,结合声学仿真计算,揭示了传感器阵列拓扑几何参数(阵列及其每个基阵的几何结构、间距及数量)对目标定位性能(作用距离和定位精度)的影响规律,优化传感器阵列拓扑结构。最后,集成HBT干涉定位理论与传感阵列拓扑结构的研究成果,搭建了MEMS水声传感水下测试系统,进行水下目标的定位实验,实验结果表明,定位角度误差小于0.5%,验证了基于HBT干涉的水下目标被动定位方法在真实水环境中应用的可行性,为水下目标被动定位提供了新原理、新方法。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
基于三元阵列式MEMS水听器的被动定位系统设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    半导体光电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘梦然;李善强;贾雯;聂磊
  • 通讯作者:
    聂磊
Array MEMS Vector Hydrophone Oriented at Different Direction Angles
不同方向角定向的阵列 MEMS 矢量水听器
  • DOI:
    10.3390/s19194282
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Sensors (Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Mengran;Nie Lei;Li Shanqiang;Jia Wen;Zhang Lansheng;Zhang Guojun;Zhang Wendong
  • 通讯作者:
    Zhang Wendong
Passive positioning of sound target based on HBT interference
基于HBT干扰的声目标无源定位
  • DOI:
    10.1063/1.5121737
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Liu Mengran;Nie Lei;Li Shanqiang;Jia Wen
  • 通讯作者:
    Jia Wen
基于声场HBT干涉的空间定位方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    压电与声光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂磊;邹静;刘梦然;冯胜
  • 通讯作者:
    冯胜
基于改进二次相关算法的声源定位仿真研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    压电与声光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    简泽明;彭阳;高泽平;刘梦然
  • 通讯作者:
    刘梦然

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其他文献

MEMS仿生矢量水听器的微结构优化设计
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    MEMS与传感器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    简泽明;张国军;刘梦然;张文栋
  • 通讯作者:
    张文栋
MEMS矢量水听器封装的流体-结构相互作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘梦然;简泽明;张国军;张文栋
  • 通讯作者:
    张文栋
泽兰实蝇寄生对紫茎泽兰生长和防御能力的影响
  • DOI:
    10.13802/j.cnki.zwbhxb.2019.2019907
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    植物保护学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜丽娜;木霖;孙昂;岳英;刘梦然;桂富荣
  • 通讯作者:
    桂富荣
MEMS矢量水听器减振结构的设计与研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    传感技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张国军;简泽明;刘梦然;张文栋
  • 通讯作者:
    张文栋
基于丁腈橡胶帽封装的MEMS仿生水听器的设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    传感技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘梦然;简泽明;张国军;张文栋
  • 通讯作者:
    张文栋

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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