中文摘要：

高压水射流技术现已广泛应用于各个领域和部门，具有可以实现远距离操作、无火花和非接触切割作业等优点，但利用水射流进行靶物的识别分类目前尚无人研究。本项目拟在已取得的高压水射流技术研究成果和靶物识别分类预研成果基础上，进行更深层次研究，主要研究利用高压水射流技术、传声器阵列技术、多传感器数据融合技术和声信号识别技术对靶物的物质特性、几何形状参数进行探测和识别的基础理论及应用技术。通过线性排列的多喷头发射脉冲水流冲击地面，由相应线性排列的传声器阵列不失真采集射流反射声信号，研究声源快速定位算法重构整个线性探测线上的反射噪声分布，同时对综合考虑靶物材质和几何特征参数的射流冲击声信号特征值变化规律、特征值提取与识别技术进行理论和实验研究，目标是实现高压水射流在复杂环境下对靶物的准确识别与识别，并为形成一种可以先利用高压水射流束探测和识别靶物类别，再进行选择性切割的一项创新技术奠定基础。

结论摘要：

为了利用高压水射流技术实现探雷与排雷的一体化的功用，本项目对利用高压水射流技术实现特殊靶物的材质和几何尺寸识别进行了理论分析与试验研究。本项目研制了可以精确测量移动速度、产生脉冲射流的靶物探测装置和电控系统，利用线性喷嘴阵列和传声器阵列进行探测与反射声采集，实现了扩大靶物探测范围，提高了探测效率，大量节约了水源。进行了喷嘴的结构与直径、高压水射流的压力、喷射的靶距与入射角、探测速度等参数优化实验，优化各个部件设计，有利于后续的靶物反射声的有效采集和特征值有效提取和识别。研制了基于LabVIEW和数据采集卡的9路靶物反射声实时数据采集与处理软件，应用该软件实现对多路脉冲射流的同步发生、探测和多路反射声的同步实时采集。利用小波降噪方法有效消除背景噪声，应用模极大值算法对信号进行处理，获得不同材质靶物的突变分界点，计算出所探测靶物的几何尺寸，研究了利用各种几何尺寸边界点位置重构靶物几何形状的算法，实现了几种典型靶物的形状重构。研究新的迭代式ICA算法，实现对整个线性探测线上的靶物反射声信号的解混重构和定位。应用小波包算法对反射声信号按频率分层，确定识别几何尺寸的最优频率层信号分量，利用能量分布方法提取特征值，结合支持向量机（SVM）算法，以最佳识别率为指标优化确定可以用于材质判断的最优频率层信号分量，实现只提取部分反射声信号用于后续的靶物材质识别，降低数据处理量。分别应用小波包短时能量特征和Mel频率倒谱系数两种特征值提取方法提取靶物特征值，利用支持向量机建立靶物材质分类模型，并利用粒子群算法对分类器模型关键参数进行寻优，进行了靶物材质识别验证实验。实验结果表明，上述完成的靶物材质特征值提取、识别理论实践研究成果可以实现预定的靶物材质识别效果。同时基于上述理论研究成果，应用数据库技术、虚拟仪器与MATLAB等软件相结合的方法，编制了相应的数据采集和靶物几何尺寸和材质识别程序，并在该基础上编制了靶物识别与定位三维显示软件，可以直观形象显示靶物尺寸和材质分类结果，并在探测区范围内进行准确定位。