氣體信號(hào)源方位的探測方法研究.pdf

1、在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程和構(gòu)建和諧社會(huì)進(jìn)程中，社會(huì)生活中的公共安全問題與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)運(yùn)行中的能源緊缺問題已成為制約經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和構(gòu)建和諧社會(huì)的瓶頸，日益受到人們的廣泛關(guān)注。因此，發(fā)展新的氣體信息獲取及其信號(hào)處理技術(shù)方法來加強(qiáng)對(duì)公共安全的監(jiān)測和預(yù)警，以及開發(fā)新的清潔生物能源感知探測與生產(chǎn)控制技術(shù)來替代日益減少和不可再生的化石能源，將具有十分重要的實(shí)際工程應(yīng)用意義。在以往氣體探測技術(shù)方法中，對(duì)于氣體的本征感知屬性信息的探測技術(shù)研究較多，如氣體的溫

2、度和濃度等，但隨著發(fā)展的需要，人們不再滿足于現(xiàn)有的氣體探測技術(shù)，而試圖獲取氣體的空間信息，如空間方位信息。因此，氣體空間信息探測技術(shù)研究已成為當(dāng)前氣體探測及其智能信號(hào)處理的研究內(nèi)容之一。 在氣體信號(hào)源方位探測技術(shù)的應(yīng)用研究方面，主要通過對(duì)公共安全與生物能源領(lǐng)域的氣體信號(hào)探測應(yīng)用研究，提出了包括狹長空間和寬平空間在內(nèi)的氣體信號(hào)源方位探測的方法研究需求與問題，闡明了氣體信號(hào)源方位探測的實(shí)際工程應(yīng)用的意義和目的。如在公共安全領(lǐng)域，利用

3、氣體信號(hào)源方位探測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)火源的快速定位，從而縮短火災(zāi)探測報(bào)警時(shí)間，有利于人員安全疏散；在生物能源領(lǐng)域，利用氣體信號(hào)源方位探測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物燃?xì)鈿庠吹亩ㄎ唬欣谟谏锶細(xì)馍a(chǎn)系統(tǒng)的燃?xì)獠杉?、輸運(yùn)的控制操作，以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；B續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。 氣體信號(hào)源方位探測是氣體空間信息探測的一個(gè)基本內(nèi)容。本論文針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的需求和應(yīng)用特點(diǎn)，結(jié)合氣體擴(kuò)散流動(dòng)的一些基本規(guī)律和特征性質(zhì)，對(duì)氣體的空間信息探測——?dú)怏w信號(hào)源方位探測的基本

4、方法原理與計(jì)算算法等關(guān)鍵技術(shù)，以及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究問題進(jìn)行了深入研究與探討。本論文所取得的研究成果包括以下幾個(gè)方面： 1．在氣體擴(kuò)散理論與模型的研究方面，從實(shí)際工程應(yīng)用背景出發(fā)，通過研究與分析包括一般流體、湍流、湍流擴(kuò)散、連續(xù)點(diǎn)源的湍流擴(kuò)散以及浮力羽流與平面射流等氣體擴(kuò)散的基本規(guī)律、理論和應(yīng)用等，從中得到如下特性：（1）在狹長空間中氣體擴(kuò)散會(huì)沿一定方向擴(kuò)散，且氣體濃度分布呈現(xiàn)遞減的變化趨勢；（2）在寬平的空間中氣體擴(kuò)散，氣體濃

5、度梯度會(huì)在空間頂部平面上圍繞一個(gè)中心點(diǎn)沿著頂部水平呈圓形以一定的速率向四周擴(kuò)散，呈現(xiàn)出以一個(gè)中心點(diǎn)為圓心的濃度梯度分布的平面波擴(kuò)散形式特征。這些研究結(jié)論為后續(xù)的氣體信號(hào)源探測方法的理論研究與建立提供了基礎(chǔ)性的依據(jù)，開辟了新的研究方向和新思路。 2．在狹長空間氣體信號(hào)源方位探測的方法研究方面，將探測傳感器陣列引入氣體信號(hào)采集過程，將Rough集的數(shù)學(xué)方法工具引入氣體探測信號(hào)處理的計(jì)算模型，提出了狹長空間氣體信號(hào)源方位探測的基本原理

6、，給出了一種基于Rough測度的狹長空間氣體信號(hào)源方位探測算法，該算法通過計(jì)算各個(gè)傳感器陣元上采樣信號(hào)的Rough測度，來發(fā)現(xiàn)信號(hào)空間中的極化特征，并結(jié)合狹長空間內(nèi)氣體擴(kuò)散特性，確定氣體信號(hào)源的方位，仿真計(jì)算分析了該方法的適用性和穩(wěn)健性等問題。 3．在寬平空間氣體信號(hào)源方位探測的方法研究方面，根據(jù)氣體在寬平空間內(nèi)的濃度擴(kuò)散分布特性，并基于不改變現(xiàn)有的傳感器技術(shù)的考量，從傳感器陣列的信號(hào)處理角度出發(fā)，提出了基于雙線傳感器陣列的寬平