舰船尾流微小气泡幕光学测量技术研究

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1、密级:博士学位论文舰船尾流微小气泡幕光学测量技术研究作者姓名：王维指导教师：苏秀琴研究员中国科学院西安光学精密机械研究所学位类别：工学博士学科专业：光学工程研究所：中国科学院西安光学精密机械研究所2015年6月ResearchonOpticalMeasuringMethodsofMicroBubblesofShipWakeByWangweiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementFo

2、rthedegreeofDoctorofEngineeringXi’anInstituteofOptics&PrecisionMechanics,ChineseAcademyofSciencesJune,2015科研道德声明秉承研究所严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的内容都已给予了明确的注释和致谢。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：知识

3、产权声明本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定，即：研究生在所攻读学位期间论文工作的知识产权单位系中科院西安光学精密机械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；产权单位可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：日期：日期：致谢致谢值此论文完成之际，谨向

4、我的导师苏秀琴研究员致以最诚挚的敬意！苏老师治学严谨、学识渊博、工作敬业、为人宽厚，是我学习的榜样。论文研究工作的每一步进展，苏老师都给予了无微不至的关怀、指导与帮助，在繁忙的科研任务中，抽出了宝贵的时间，对论文倾注了大量的心血，总结创新点、修改文章结构、修改错字，并不厌其烦的督促论文的进度。在论文以外的方方面面，苏老师也都关照有加，在此深表感谢!感谢陈良益研究员在论文的写作、修改过程中给予的重要帮助，陈老师是我的良师益友，工作、学习、生活中的各种问题，陈老师都全心全意帮助，深表感谢！感谢何俊华研究员，何老师对论文依托的项目倾注了大

5、量的心血，没有这个项目，论文是无法完成的，在此深表感谢！感谢达争尚研究员在论文写作与工作中的大力支持！感谢尾流探测项目组的谢正茂、韦明智、刘西站，是大家的辛苦努力实现了尾流测量这个复杂的项目！感谢先进光学仪器室的所领导与科研人员，以及所有师弟师妹！感谢研究生部的所有领导和老师，对我们每一个学生从学业和生活上都给予了大量的帮助！最后，感谢家人！王维2015年6月摘要摘要尾流是船只在海上留下的固有特征，是一个由大量气泡粒子组成的水下气泡带，即难消除又难以伪造，这就为测量船只的存在提供了信息。水下舰船尾流气泡幕的研究工作进展到今天，大多数

6、工作仍局限在实验室模拟尾流的研究与分析上，而应用光学测量技术对海洋环境下的真实舰船尾流进行测量的研究非常少，能够进行测量的也大多数是声学设备或SAR（合成孔径雷达）成像等设备。这些设备很难测量尾流内部的微观形态与参数。而尺寸为10~1000μm左右的小气泡能够反应出尾流许多的特征。因此研究舰船尾流微小气泡幕光学测量技术非常重要、并迫切需要能够测量尾流微小气泡幕特征参数的海洋光学装备，其可以为舰船尾流的研究与探测提供理论参考与数据依据。为了测量海洋环境下的真实舰船尾流气泡幕，本文研究了光学方法测量尾流微小气泡幕的关键技术,并在此基础上

7、研制了一套水下光学测量系统，为国内第一套供海试测量用的较完整的尾流光学测量系统，具备大、小视场两种测量能力。近海实验表明，该系统可以快速、较准确地测量出舰船尾流气泡幕的物理特征参数（扩散角、体密度、尺寸、速度）,能够为舰船尾流的研究提供数据支持与理论参考。1)尾流气泡幕内部的气泡粒子空间分布很难通过常规的二维平面成像获取，而气泡粒子的空间分布，尤其是空间体密度特征是最为重要的参数。为测量此参数，本文提出了一种尾流激光切片测量方法，通过激光切片采集一组连续的尾流截面，从而获得尾流的空间数据。对其中的激光切片、采样光学系统、扫描控制等关

8、键技术进行了理论分析与详细设计。近海实验表明,该激光切片方3法一次扫描可采集到最大256cm（100㎜³40㎜³64㎜）的尾流立体区间数据,达到了海上测量的采样要求。2)针对复杂的尾流切片图像数据，提出了一种基于特征向量的kNN近邻学