目标红外辐射特性的理论模型与数值计算方法研究

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空间目标的红外特性建模与仿真

空间目标的红外特性建模与仿真
[2~5]
。由于空间目标工作环境为太空环境,受到太阳辐射、地球反射太阳辐射以及地
球自身辐射等空间轨道外热流因素,以及目标自身复杂因素的综合影响,卫星红外 辐射特性的影响因素非常复杂。若纯粹依靠试验,不仅耗时、费用昂贵,而且试验 次数有限,不能测试分析各种复杂条件下的卫星红外辐射特性,不能满足实际需求。 以传热学为基础的空间目标红外成像仿真,可有效模拟各种复杂条件下的卫星红外 辐射特性,研究其辐射特性的形成机理、确定其光谱范围及峰值波长、描绘其光谱 特性曲线。其研究成果将为天基空间目标红外成像探测器的选型、技术指标的确定, 空间目标的自动识别提供技术储备。
Infrared imaging system
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位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。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。
关键词:空间目标
红外成像仿真
星空背景
卫星
红外特性
成像系统
I
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
Abstract
Research on infrared characteristics and modeling technique of space target is valuable in applications of space technique, communications and navigates, remote sensor. This paper aims at research on infrared characteristics of space target, combining orbit trait

卫星红外辐射特性研究

卫星红外辐射特性研究

图 2划分 表 面 面 元 后 的 卫 星 K 1_ H一 2 5兰 维 模 型
32卫 星 红 外 辐 射 特 性理 论 建模 . 卫 星 在 轨 道 上 正 常运 行 时 , 的 温 度 取 决 于 环 境 条 件 和 自身 状 况 。 它 对卫星表 面加热的热源包括内 、 外热源两大部分。内热 源是指卫星表壳 内对卫星加热的所有设备 , 它们在工作 的同时散发出热量。 外热源主要 是指地球和太阳 , 忽赂 宇宙空 间其他星体与卫星的辐射换热 , 加热方式 主要有太阳直接照射 、 地球红 外辐射 、 地球 反射的太阳辐射三种。根据 能量守恒原理 , 可以分析卫星表面某一 面元 I 在宇宙 空间的热 平衡 , 如 图 3所示 , 在单位时间内, 卫星表面每一面元从宇宙空间吸收的热量与 卫星本身产生的热量之 和 ,等于卫星向宇宙 空间排 出的热量 与卫星内 能变化之和 , 则可以列出卫星在 日照区的热平衡关 系式如下 [1 5: - 6
和侦查有雷达 、 光学及无源跟踪定位 三种方式 。作 为一种重要 的光学 探测手段 , 红外探测具有对 目标背景温差 的高敏感性 、 探测手段 的隐蔽 性, 以及可进行多光谱探测等优点。反卫星武器的红外探测跟踪系统精 度高 、探测距离远,能对地球 同步轨道 和大椭 圆轨道上 的卫 星实施 观 测, 它性能的好坏将 影响最终打击效果1 红外探测系统的论证 、 2 ] 。 研制均 需要反映卫星红外辐射特性的数据 ,并需要对这些数据归类并分析处 理 。 以传 热 学 为 基 础 的卫 星红 外 辐 射 特 性 建 模 仿 真 可 以有 效 模 拟 各 种
科技信息
高校 理科 研 究
卫 星 红 外 辐 射特 性 研 夯
装 备指挥技 术 学院研 究 生管理 大队 李 鸣 装备 指挥技 术 学院装 备采 办 系 杜 小平

红外点目标探测距离估算模型

红外点目标探测距离估算模型
算出点目标弥散成像像元数,推导了考虑点目标像元弥散尺寸因素的改进目标作用距离方程。 在仿真实验中分别
对两种红外探测器作用距离进行分析,在考虑像元弥散与否情况下,分析了目标在靶面上所形成的像元数对应关系
以及与探测距离的关系,并与目标探测实测值进行比较,验证了模型的有效性。
关键词:红外点目标; 探测距离; 像元弥散
摘 要:红外探测系统作用距离由探测器特性、目标与背景辐射、目标像元弥散尺寸等因素决定。 传统红外探测系
统作用距离方程没有系统考虑点目标在像元弥散作用下的影响,导致计算得到的探测距离往往比实际目标所在位
置偏远,严重影响指挥员指挥决策。 分析了点目标在探测器靶面上形成弥散成像的主要影响因素,并以定量方式计
第 42 卷 第 6 期
指挥控制与仿真
2020 年 12 月
Command Control & Simulation
Vol 42 No 6
Dec 2020
文章编号:1673⁃3819(2020)06⁃0059⁃04
红外点目标探测距离估算模型
崇 元, 艾 葳, 王玉坤
( 中国人民解放军 91550 部队, 辽宁 大连 116023)
more remote than the actual target, which seriously affects the commander’ s decision⁃making. In this paper, the main factors
influencing the formation of dispersion of point target on the detector target surface are analyzed, and the image pixel number

目标与背景的红外辐射特性研究及应用

目标与背景的红外辐射特性研究及应用

角 方 向 以及 视 场 角 大 小 等 因 素 , 成 导 引 头 在 视 场 内 生 所 观 察 到 的 图像 , 体 方 法 如 下 E 。 具 s ]
地 面 相 邻 两 点 的 温 度 是 空 间 相 关 的 , 关 函 数 可 相
表示 为 :
( ( + r 丁 R )* 丁( > 一 ( ) 一 e p( o R) r x ~ r) ( ) 3
1 背 景 与 目标 的 红外 辐 射 特 性 研 究
1 1 自然 地 表 的 红 外 辐 射 特 性 及 红 外 图 像 生 成 . 自然 界 的地 表 是 非 常 复 杂 的 , 响 其 温 度 分 布 和 影 红外辐射 特性 的因素很 多 , 地 表 的起伏 、 壤类 型 、 如 土
植 被 类 型 、 壤 湿 度 等 , 精 确 计 算 自然 地 表 的 温 度 和 土 要 红外 辐 射 特 性 , 须 建 立 考 虑 各 种 影 响 因 素 的 三 维 传 必
热 模 型 , 工 作 量 是 巨 大 的 , 常 都 是 采 用 一 维 模 其 通
型 。
r为 两 点 间 的 相 对距 离 , 为 相 关 长 度 , 高 度 均 方 O t 为 根 误 差 。 自然 粗 糙 地 表 的 温 度 服 从 N 维 正 态 分 布 , N
验。
关 键 词 : 目标 ; 复 杂背 景 ; 红 外特 征 ; 红 外 图像
中 图 分 类 号 :TN2 6 1 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 — 8 1 2 0 ) 40 1 — 4 0 18 9 ( 0 2 0 — 0 60
E + E + + H + EL+ G 一 0 () 2
别 , 很 大 程 度 上 取 决 于 以 下 几 个 因素 : 在 目标 本 身 和 周

红外图像目标检测技术的研究

红外图像目标检测技术的研究

筇一帝红外成像心踪的从蛐土¨识温度目前一般限制在1150.1200K,相应的尾喷口处的排气温度在非加力状态下一般在850.900K左右。

如果经过涡轮后的燃气进一步作加力燃烧,则喷口山的排气温度可达1800.2000K[31。

在波长五<5,urn的辐射范围内,飞行马赫数A如<2时I{I机的蒙皮的辐射不起重要作用,但是当Ma,2时。

飞机紫皮承受相当程度的气动加热,几乎在所有的红外波段内都有很强的辐射。

但是,即使Ma<2时,在8—14pm的£l:外波段内,飞机蒙皮的红外辐射在整个飞机红外辐射中占有极为重要的比重。

2.4背景辐射背景辐射是一个红外系统必然会接受到的辐射,背景辐射在探测器上形成的辐照度有时会比目标形成的辐照度高好几个数量级,而且变化复杂,因而了解背景辐射的特点,对提高红外图像目标检测的性能具有十分重要的意义。

典型的背景有天空、地面和海洋等。

晴空条件下,天空辐射主要由两部分组成:大气分子及气溶胶粒子对太阳光的散射和大气分子自身的辐射。

实验和理论计算表明,对阳光的散射和大气分子的辐射在光谱分布上是有差别的。

对阳光的散射主要分却在波长小于3,urn的短波范围内;而大气辐射由于大气本身温度较低(有效温度在200.300K内),因而在小于4/tm的波长范围内辐射量很小。

天空辐射可以认为是上述两利s辐射的叠加,这种辐射在3.4/on波段内出现极小值,在3,urn以下的短波部分以散射为主,而在4/tm以上的波段范围内以大气辐射为主。

在晴空条件下,散射形成的天空亮度具有如下特点:●在散射区(旯<3pm),光谱曲线并不足一条理想化的黑体IⅡI线,而是具有由水汽等的强吸收带造成的波带状结构。

这导致红外图像上的散利造成的背景像素灰度的降低。

·散射的亮度随观测的仰角而变化,因为和水平面构成的仰角增加时,光线路径缩短,教射阳光的大气分子数也随之减少,从而造成散射的亮度-6.图2.3是一幅典型的天空为背景的红外图像。

中段目标红外辐射特性及其控制方法

中段目标红外辐射特性及其控制方法

自适应控制技术
在实际应用中,红外辐射控制方法需要面对 复杂多变的环境和目标特性,因此可以进一 步引入自适应控制技术,使其能够根据环境 和目标特性的变化自适应调整控制策略,提
高控制方法的适应性和鲁棒性。
THANK YOU

02
中段目标红外辐射特 性的测量与建模
红外辐射测量原理
辐射度量学
红外辐射测量基于辐射度量学的原理,通过测量目标的红外辐射能量来推断其 温度或辐射特性。
热力学基础
红外辐射测量与热力学密切相关,热力学的基础理论为红外辐射测量提供了支 撑。
中段目标红外辐射特性的测量方法
被动红外测量
利用红外探测器捕获目标自然发出的红外辐射,从而测量其 红外辐射特性。
红外隐身涂层
采用具有低红外发射率、高红外反射率的隐身涂层,对中段目标进行涂装,以降低目标的红外辐射强度,提高其 在红外探测下的隐身性能。
04
中段目标红外辐射控 制方法的应用与评估
红外辐射控制方法的应用场景
军事领域
在军事应用中,红外辐射控制方法被广泛应用于导弹、飞机等武器的红外隐身技术中,以降低它们被 敌方红外探测器发现的概率,提高武器的生存能力和作战效果。
请注意,上述扩展内容仅为一般性描述,实际涉及的专业知识和技术可能更为深入 和复杂。
03
中段目标红外辐射控 制方法
红外辐射控制原理
红外辐射特性
首先需了解红外辐射的基本原理,包括黑体辐射定律、普朗克辐射定律等,以明 确红外辐射与物质性质间的关系。
红外辐射传输
掌握红外辐射在大气、水体等介质中的传输特性,以评估中段目标红外辐射的传 输损耗。
主动红外测量
通过发射红外光源照射目标,然后测量反射或散射的红外辐 射来推断目标的红外特性。

红外靶标

红外靶标

摘要红外辐射是一切物体的固有特性,由于红外线有着普通电磁波和可见光无法比拟的优点,因此目标红外辐射特征的模拟技术也就成为国内外各大科研机构争相研究的技术领域。

近年来,随着红外成像技犬的日趋成熟,其在各军事领域中的应用也日益广泛。

随着红外制导技术的发展,为了提高武器的性能,在武器的设计和研制阶段就必须对红外导引头的各项指标进行检测,这时需要提供目标红外特性的模拟。

针对这个需要,本文就外界环境对红外模拟靶标系统的影响机理进行探讨,设计了能够模拟目标红外特性的智能红外靶标系统,论文介绍了红外靶标系统的整体设计过程、原理样机的软硬件设计过程和样机的制作过程。

将需要模拟的目标红外图像的数据经处理后传输,通过控制系统把数据转换成驱动时序,再通过外围的功率驱动电路,对目标靶阵列进行加热,在目标靶上形成所模拟目标的红外特征;在总体方案优化设计的基础上,本课题提出了红外靶标模块化拼接的优化设计方法,将高分辨率模拟靶分为若干小分辨率模拟靶进行拼接,从而实现了高分辨率图像的模拟,智能红外靶标系统总体技术研究过程包括系统应用理论介绍、靶标的总体设计、样机的硬件设计、样机的软件设计、实验及结果分析五个部分。

智能红外靶标系统应用目标与背景的红外辐射特性和PID控制算法作为理论基础,运用matlab软件计算理论模型,以FPGA作为控制系统的核心,采用功率放大器件驱动外围电路。

最终,将己有的目标的红外图像作为数据源,在样机上将目标红外特性再现。

关键词:红外靶标红外特性薄膜电阻阵列FPGAAbstractInfrared radiation is the inherent characteristic of all objects because the infrared has advantages of ordinary electromagnetic wave and visible light can not match so the simulation technology of infrared radiation feature of targets has become the technology to study the major domestic and foreign research institutions In recent years, along with the infrared imaging technology dog matures its application in the military field is increasingly wide spread With the development of the infrared guidance technology in order to improve the performance of weapons design and manufacture of the weapons must be the indicators of infrared seeker simulation were detected, then needs to provide the infrared characteristics of the target.In view of this, this paper discusses the mechanism of the influence of the external environment of the infrared target system, design a intelligent infrared target system can simulate infrared features of objects, this paper introduces the overall design, prototype production process process principle of infrared target system software and hardware design and prototyping. Will be required to simulate target infrared image data processed by the control system of transmission, the data into time driven, and then through the external power driving circuit, heating of the target array, the formation of infrared characteristics of simulated target in the target; optimization design based on the generalplan, this thesis the optimal design method of infrared target modular splicing, the high resolution simulation target is divided into several small resolution simulation target mosaic, so as to realize the simulation of high resolution image, intelligent infrared target system technology research process including system theory is introduced, the target of overall design, prototype hardware design, the prototype software design experimental results and analysis, the five part. Application of target and background infrared target system of intelligent infrared radiation characteristics and the PID control algorithm as the theoretical basis theoretical calculation model using MATLAB software, taking FPGA as the core of the control system, a power amplifier driving circuit. Finally, the infrared mage has some target as the data source, reproduced in the infrared characteristics of prototype will target.Keywords: infrared target infrared properties of thin film resistor array FPGA第一章绪论1.1引言在红外成像制导武器大量装备的今天,对红外制导和红外成像制导武器的目标识别及目标跟踪的技术要求越来越高,为了在武器的设计和研制阶段对真实客观地评估各种红外成像搜索和跟踪系统的动态性能, 例如进行导引头红外响应及目标识别的试验,以验证设计的正确性。

无人机红外辐射特性数值模拟研究综述_李晋岭

无人机红外辐射特性数值模拟研究综述_李晋岭

总第194期2010年第8期舰船电子工程Ship Elec tronic Eng ineeringV o l.30No.821无人机红外辐射特性数值模拟研究综述*李晋岭 汪卫华(解放军炮兵学院 合肥 230031)摘 要 无人机的红外辐射特性是无人机战场生存能力和作战效能的重要因素。

通过对无人机红外辐射特性研究的综述与分析,总结了无人机红外辐射特性的特点、内容、要求和研究方法。

关键词 无人机;红外辐射特性;数值模拟中图分类号 V219Review of I nfrared Radiation Characteristics Numerical SimulationStudy on Unmanned Aerial VehicleLi Jinling Wang Weihua(A rtillery A cademy of P LA,Hefei 230031)A bstract T he infr ared radiatio n characteristic of unmanned aerial vehicle is one o f the very impor tant facto rs w hich in-fluence the survivability and o per ational effectiv eness in combat.T he characteristics,co nte nt,resea rch standa rds and re-search methods w ere summarized by review and a nalyze the study o n unmanned ae rial v ehicle inf rared r adiation char acte ristics in this paper.Key Words unmanned aerial v ehicle,inf rared radiatio n char acte ristics,numerical simulatio nClass Number V2191 引言无人驾驶飞机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器,在越南战争、中东战争、海湾战争和伊拉克战争中,无人机卓有成效地执行了多种军事任务,以突出的战绩使各国对无人机作为军队战斗力倍增器的作用与地位及其潜在的军事价值取得了共识,但是随着现代侦察手段的发展,无人机的战场生存能力,反侦察能力越来越受到关注。

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目标红外辐射特性的理论模型与数值计
算方法研究
摘要:随着目标红外辐射特性研究的深入,理论模型与数值计算方法的研究
日益受到关注。

本文旨在探讨目标红外辐射特性的理论模型与数值计算方法,并
针对不同目标类型、形状和材质进行分析。

回顾了目标红外辐射特性的基本原理
和传统研究方法。

提出了一种基于物理实验和数值计算相结合的综合模型,以提
高辐射特性预测的准确性和可靠性。

通过实例验证了该方法的有效性,并对未来
研究方向进行了展望。

这项研究对于目标识别、遥感技术和军事应用具有重要意义。

关键词:红外辐射;特性;理论模型;数值计算方法
引言
目标红外辐射特性研究对于目标识别、遥感技术和军事应用具有重要意义。

随着该领域的深入挖掘,理论模型与数值计算方法的研究日益受到关注。

本文旨
在探讨目标红外辐射特性的理论模型与数值计算方法,并针对不同目标类型、形
状和材质进行分析。

首先回顾了目标红外辐射特性研究的基本原理和传统方法,
接着提出了基于物理实验和数值计算相结合的综合模型,以提高辐射特性预测的
准确性和可靠性。

通过实例验证了该方法的有效性,并对未来研究方向进行了展望。

本研究将为相关领域的科学研究和实践应用提供有益的借鉴与指导。

1.目标红外辐射特性的基本原理和传统研究方法回顾
目标红外辐射特性是指目标在红外波段下的辐射行为。

其基本原理包括目标
的热辐射和传导辐射,受到目标的温度、表面材质和形状等因素的影响。

传统研
究方法主要包括实验测试和理论计算两种途径。

实验测试通过测量目标的辐射能量、辐射谱等数据进行分析研究。

而理论计算方法则基于辐射物理学原理和数值
模拟技术,建立不同目标的辐射模型,通过计算得到目标的辐射特性参数。

然而,
传统方法在实践中存在一些问题,如数据获取困难、计算复杂度高等。

因此,进
一步研究目标红外辐射特性的理论模型和数值计算方法是非常必要的。

2.目标红外辐射特性的理论模型和数值计算方法
2.1综合模型的设计思路和流程
综合模型的设计思路是通过结合物理实验和数值计算方法,提高目标红外辐
射特性预测的准确性和可靠性。

其流程包括以下步骤:进行物理实验,获取目标
的辐射数据和相关参数。

然后,基于辐射物理学原理和数值模拟技术,建立目标
的辐射模型,将实验数据与模型进行匹配和验证。

采用数值计算方法对目标辐射
特性进行计算和分析。

此过程中,考虑到目标的类型、形状、材质等因素,并运
用合适的数值方法进行模拟。

比较模型预测结果与实际观测数据,评估模型的准
确性和效果。

通过综合利用实验和数值计算,该模型能够更好地理解和预测目标
的红外辐射特性。

2.2数值计算方法的原理和步骤
数值计算方法是一种基于数值模拟和计算的技术,用于分析目标红外辐射特性。

其原理主要是基于辐射物理学的数学模型和方程组,通过数值方法对这些模
型进行求解。

该方法的步骤包括:根据目标的特性和假设,建立合适的辐射模型,例如辐射传输方程或辐射热传导方程。

将模型离散化为适当的网格,并对方程进
行数值离散化处理,得到离散的数学方程组。

利用数值方法(如有限差分法、有
限元法等)对离散方程组进行求解,获得目标的辐射特性分布和参数。

通过后处
理和分析,对计算结果进行解释和评估。

数值计算方法可以帮助研究人员理解目
标的辐射机制,并预测其辐射特性在不同条件下的行为。

3.不同目标类型、形状和材质的辐射特性分析
3.1.目标类型对辐射特性的影响
目标类型对辐射特性有着重要影响。

不同类型的目标(如金属、绝缘体、涂
层等)具有不同的热传导和辐射特性,导致其在红外波段下的辐射行为差异。


属目标具有高导热性和高反射性,其辐射特性主要取决于表面的几何形态。

绝缘
体目标相对来说热传导较差,其辐射特性主要与表面材质和温度分布相关。

涂层目标表面覆盖有特殊材料或涂层,可以调节其辐射吸收和发射特性。

因此,目标类型是影响辐射特性的重要因素之一,研究不同类型目标的辐射特性可以帮助理解和预测目标在红外波段下的辐射行为,在目标识别、遥感和军事应用等领域具有重要意义。

3.2目标形状对辐射特性的影响
目标形状对辐射特性有着显著影响。

不同形状的目标在红外波段下具有不同的表面积和几何结构,从而导致其辐射特性的差异。

例如,球形目标具有最小的表面积,使得辐射损失相对较小。

与此相反,棱镜状目标具有较大的表面积和多个边界,对辐射能量的吸收和反射都更加复杂。

此外,目标的凹凸形状也会对辐射特性产生影响,凹面可增加目标的吸收能力,而凸面则可能增强目标的反射能力。

因此,目标形状是影响辐射特性的重要因素之一,理解不同形状目标的辐射特性有助于目标识别、红外探测和热辐射模拟等应用领域的研究与实践。

3.3目标材质对辐射特性的影响
目标材质是影响辐射特性的重要因素之一。

不同材质的目标在红外波段下具有不同的吸收、反射和发射特性。

金属材质通常具有高反射性和低发射率,导致其辐射特性主要取决于表面几何形态。

绝缘体材质相对来说具有较低的反射率和较高的发射率,而涂层或表面涂覆的材料则可以调节吸收和发射特性。

此外,材料的热导率和热容量也会影响辐射特性,高热导率的材质能够更快地将热能传导出去。

因此,目标材质对于红外辐射特性的理解和预测非常重要,有助于提高目标识别、温度测量和热辐射工程应用等领域的准确性和可靠性。

4.实例验证和结果分析
在实例验证和结果分析阶段,我们将进行数据采集和实验设计,以采集目标的辐射数据和相关参数。

然后,将实验数据与建立的辐射模型进行对比和验证。

通过使用数值计算方法,我们可以预测目标的辐射特性,并与实际观测数据进行对比分析。

这样,我们可以评估模型的准确性和效果,并解读结果。

通过实例验
证和结果分析,我们将能够更好地理解目标的红外辐射行为,探索不同因素对辐射特性的影响,并为相关领域的科学研究和技术应用提供有益的参考和指导。

5.未来研究方向与展望
未来的研究方向和展望包括以下几个方面:进一步完善目标红外辐射特性的理论模型和数值计算方法,提高其预测能力和准确度。

研究目标表面纳米结构和涂层材料对辐射特性的影响,以开发具有定向和可调控辐射能力的新型材料。

深入探索多尺度和多物理场耦合问题,以更好地模拟复杂目标的辐射行为。

另外,结合机器学习和人工智能技术,开展大规模数据分析和模式识别研究,以实现目标红外辐射特性的自动分类和识别。

最后,加强国际合作,共享数据和经验,推动目标红外辐射特性研究在军事、航天、环境监测等领域的广泛应用。

这些努力将为红外辐射技术的发展和应用提供更多的可能性和前景。

这些努力将为红外辐射技术的发展和应用提供更多的可能性和前景,并推动该领域在军事、航天、环境监测等领域的广泛应用,为人类创造更大的价值和福祉。

结束语
通过对目标红外辐射特性的研究,我们可以更好地理解和预测目标在红外波段下的辐射行为。

这对于目标识别、遥感技术和军事应用等领域具有重要意义。

未来,我们需要进一步完善模型和方法,深入探索不同因素对辐射特性的影响,并结合机器学习与人工智能技术实现自动分类与识别。

同时,加强国际合作与数据共享,推动该领域的发展与应用。

相信在不断的努力与研究下,红外辐射技术将为我们带来更多的创新与进步。

参考文献
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工,2021,48(01):17-20.
[2]王晓艳.UNSN10003合金高温蠕变理论模型与数值模拟研究及应用[D].中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2019.
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[4]杨浩森.考虑声—固耦合的波纹芯体夹层板振—声学特性研究[D].上海交通大学,2019.
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