深水通讯节点中基于脉冲采样的高能效SPWM发生系统设计

近年来,深水探测中水下通讯节点的小型化、低功耗成为设计的难点。在水声通信中,普遍使用正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)信号驱动功率放大器进行工作。传统SPWM产生系统电路复杂度高,针对SPWM生成原理和电路实现,提出基于脉冲采样的SPWM生成方法,并进行性能分析;基于数字处理器设计了高能效SPWM发生系统,在保证SPWM信息损失较小的同时,减小硬件电路面积。实验结果表明,提出的高能效脉冲采样法与SPWM发生系统可以满足工程应用。     

应用单层超表面实现声波宽角度非对称传输

利用单层梯度超表面结构,设计并模拟验证了一种实现声波非对称传输的方法,在较宽的角度范围内实现了高对比度的声波非对称传输。经过恰当的超表面结构设计后,负折射现象实现了声波的正向导通;高阶衍射的抑制导致了反向入射的声波传输被禁止。基于广义斯涅耳定律分析了非对称传输的原理,采用有限元法的数值模拟结果很好地验证了理论分析。研究结果在噪声控制、超声整流或治疗等方面具有潜在的应用价值。     

面向医学内窥诊断的数字超声多普勒成像系统

研究基于现场可编程门阵列（FPGA）的超声多普勒内窥成像系统,针对内窥系统超声探头体积小、回波信号微弱的特点,设计了具有较高增益和较低噪声的超声信号前端接收电路.在FPGA中对微弱信号进行全数字化处理,实现了正交解调与频谱分析等功能,系统具有电路匹配性好、信噪比高、处理速度快及体积小等优势;搭建基于多普勒物理模型的实验平台进行实验验证,分析对比不同实验条件下的声谱,验证了系统及信号处理方法的合理性和正确性.     

浅海传播数据简正模模型分析

声在海洋中的传播是认识所有其他水声现象的基础,因此,声传播的测量和建模是海洋声学研究中的一项基本任务,本文对浅海传播实验数据进行了初步分析;用简正模模型解释了测量的脉冲响应时间稳定性差的原因,同时还对信道系统函数的垂直空间相关性进行了估计与测量,结果表明两者的一致性比较好;另外还比较了模基匹配滤波与常规匹配滤波和基于测量的脉冲响应函数的匹配滤波三种匹配滤波的性能。虽然模基匹配滤波结果不如基于测量的脉冲响应的匹配滤波,却优于常规匹配滤波,这说明对浅海声信道建模是可行且有效的。     

图像处理方法用于声压敏感核声图的目标定位

利用目标前向散射的扰动声线法适用于在浅水信道对目标进行定位,但所得到的声压敏感核声图的交汇效果易受水底地形不匹配的影响,提出了一种基于图像处理的目标定位方法。首先利用多次的单阈值Otsu方法对多阈值Otsu方法进行改进,确定备选区域;然后从备选区域中选择扰动声线穿过最多的区域并计算重心。仿真结果表明该定位方法不但能够正确定位目标,减小人工判断声图的工作量,而且同样适用于声压敏感核声图交汇效果较差的情况,能够辅助人工判断来减少误判。     

高架复合道路周边既有住宅建筑降噪隔声改造设计及应用研究

针对高架复合道路周边既有住宅建筑及其声环境的特点,结合既有住宅室内声环境及建筑安全性等要求,以实际工程案例为示范工程,总结高架复合道路周边既有住宅建筑降噪隔声改造的关键技术。基于现场噪声监测及门窗隔声性能试验的结果,给出门窗进行选型表及阳台加固方法,对小区环境提出综合改善措施。经噪声实测分析表明,改造后住宅室内声环境已经达标,居民的居住舒适度得到提高,对今后既有住宅建筑降噪隔声改造提供技术支撑。     

L型匹配网络对超声换能器振动性能的影响

探讨了L型匹配网络对超声换能器振动频率的影响,从理论和实验两个方面给出了L型匹配网络与机电偶合系数的关系。通过对串联、并联的比较,并对几种方式下的匹配电路参数对系统有效机电耦合系数的影响进行分析,结果表明：通过合理选择匹配电路参数,L型匹配网络能提高压电换能器的有效机电耦合系数。     

相位均衡器技术在水声接收机的应用

滤波器相位的非线性引起的信号失真是超短基线接收机系统中必须要解决的问题之一。采用常规滤波器与全通网络级联的方法设计了一种相位均衡器,解决了仅使用常规滤波器带来的非线性相位问题,使超短基线接收机在带宽内保持线性相位。给出了全通网络的原理、电路结构推导,分析了该网络中各参量对相位的影响。在设计实例中,相位均衡技术应用到实际硬件电路中进行测试,并结合试验数据及仿真结果对系统的性能进行评估。测试结果证明了相位均衡器可以实现相位的均衡校正功能,在水声接收机领域中有良好的应用前景。     

功放与扬声器系统的配接（二）

5.音频功率的传输功率放大器的功率传输,有低阻抗定阻功率传输和高阻抗定压功率传输两种方式。(1)低阻抗定阻功率传输低阻抗定阻功率传输属于功率匹配输出状态,理论上,要求功率放大器的负载阻抗严格等于功率放大器输出级电路负载线的斜率,此时,输出电路处于最佳的设计状态,信号的摆动范围充分利用了功率放大器输出晶体管的线性化区域,功率转换效率最高,即电源利用效率最大,此时,输出功率最大,动态范围最大,失真最小,频响最宽。一个性能优秀的功率放大器,在低阻输出的要求下,放大器能适应一个低阻负载的范围,除能适应标准的8?Ω扬声器系统之…     

基于多普勒特征恢复的声矢量阵鲁棒自适应波束形成方法

在短快拍、信号导向矢量失配环境下,传统的自适应波束形成方法性能受到影响,对角加载技术是提高算法在复杂环境下性能鲁棒性的重要技术之一。针对水声环境和水声信号特点,提出一种基于声矢量阵的自适应波束形成方法。该方法利用水声信号的多普勒频率信息,在不同环境下自适应地选择最优对角加载因子,确定波束形成的权矢量,从而实现提取期望目标信号、抑制干扰和噪声的目的。无需任何用户参数,鲁棒性强、估计精度高。最后基于声矢量阵进行仿真实验,仿真结果证明了所提出的方法能够有效地获取目标信号,具有较好的抗干扰能力。     

高频长缆水声换能器的匹配技术研究

高频换能器接长电缆后谐振频率会发生偏移,导致与工作频率相差甚远,工作点的导纳值与不接长电缆时偏差较大。这使得换能器与发射机和接收机之间的阻抗严重失配。文章对高频长缆水声换能器匹配技术进行研究,通过建立换能器等效电路模型,利用传输线理论,进行四端口匹配网络的设计和仿真,并制作一块匹配电路板。实验结果表明,系统匹配性测试与仿真计算相吻合,提高了系统机电转换效率,证明了该匹配方法的可行性和工程实用性。     

随钻声波测井仪控制采集电路的优化设计与实现

从随钻声波测井的实际需要出发,针对作业环境、设计空间、传输速率以及信号特点等方面进行了需求分析,提出了一种适用于随钻声波测井仪采集控制系统的优化设计。该系统以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)为控制核心,以现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)作为信号传输以及接口转换的桥梁,与外围功能芯片包括模拟与数字转换器、与非门闪存芯片(NAND FLASH)等进行通讯,完成相应的信号采集、控制、存储等功能。所设计的采集控制电路不但充分发挥了DSP数据处理功能强的优势,而且将FPGA控制时序精准、接口丰富的特点表现出来。最后经过上位机软件测试,得到了较好的效果,为实际随钻声波测井控制采集电路设计及实现提供了技术参考。     

水下声信标信号的多脉冲匹配滤波改进方法

水下声信标信号检测是搜寻黑匣子的重要技术之一。针对水下声信标信号声源级低、脉冲宽度窄所带来的检测难题,充分利用声信标信号周期短、相邻脉冲信号相关性强等特点,提出了一种基于多脉冲积分的改进匹配滤波方法,通过前后脉冲匹配方法克服标准信号匹配处理中因信号畸变带来的匹配处理增益下降,通过多脉冲累积提高积分增益。通过仿真实验验证,当取多脉冲累积数为6时,在理想白噪声环境下,所提改进方法比传统单脉冲匹配滤波检测性能提高约4 dB,特别是在存在明显多普勒影响下,传统方法适应性下降,所提改进方法有9 dB的性能提高。通过对湖上实验数据的处理也验证了所提方法的有效性。     

高声压、宽频带电容传声器分析和设计

为了满足声学测试提出的技术指标,即设计出频响范围更宽、动态范围更大的1/4 in电容传声器。采用电容传声器的集中参数模型,根据工作原理导出其输出电压变化与电容两板极间距离变化成正比的公式和灵敏度计算公式,而后又通过所导出的电容传声器传输函数分析了频响特性。通过对灵敏度和动态范围的计算以及对动态范围的估计,最终设计出开路灵敏度为1.9 m V/Pa、频响范围为2 Hz~79 k Hz、最高声压级不低于160 d B的电容传声器,该性能满足该系列传声器频响范围5 Hz~70 k Hz、最高声压(有效值)不低于160 d B的电容传声器的性能指标。上述结果表明设计方法可行,并提出了进一步改进此传声器性能的几点考虑。     

穿孔管阻性消声器横向模态和声学特性计算与分析

应用二维有限元法计算穿孔管阻性消声器的横向模态,利用数值模态匹配法计算其传递损失,推导了相应的公式并编写了计算程序。对于圆形同轴穿孔管阻性消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元法计算结果以及实验值吻合良好,表明了二维有限元法计算穿孔管阻性消声器横向模态和数值模态匹配法预测消声性能的准确性。进而分析孔径、穿孔率、吸声材料的密度和穿孔管偏移对圆形直通穿孔管阻性消声器横向模态和消声特性的影响。结果表明,孔径减小、穿孔率增大,或者穿孔管偏移量增大均能使消声器有效的平面波区域变宽,高频消声效果变好,但中频消声效果变差;增加吸声材料的填充密度则能提高消声器中高频的消声量。     

宽带信号检测中自适应门限设定方法

在水声定位中,常常需要估计声波从发射端到接收端的传输时间。但由于传输距离的影响,接收到的声波信号强度变化范围很大,给检测带来不便。基于线性调频脉冲信号相关检测,提出了一种自适应门限设定方法,可以在一定的条件下替代自动增益控制电路。这一方法根据发射信号、传输信道、发射系统和接收系统的参数,依据声信号到达接收端的时刻,自动调整相关峰检测时的门限值,简便易行。仿真和湖上试验结果表明,这一方法可以有效地保证计算信号到达时刻的准确性。