收发合置水声管中使用宽带脉冲的吸声测量方案

水声管是水声材料吸声测量的重要实验平台。对于收发合置换能器水声管系统,目前常用的吸声测量信号是调制正弦信号。为了实现宽带测试,提出了水声管中宽带声脉冲的产生方法,并设计了电子开关延时控制电路。给出了基于收发合置型换能器水声管中宽带吸声测量结果。     

基于小波变换的主动水声信号检测

信号检测是水声信号处理领域的研究重点之一。文章通过对水下航行器自噪声特性的研究，发现其具有1／f衰减特性，同时利用小波变换对1/f信号有类似K—L展开的作用，提出了一种基于小波变换的信号检测方法，对1/f噪声背景下的主动水声信号进行了检测；文中详细推导了相应的检验统计量及其统计分布特性；同时，将该方法与匹配滤波器、能量检测器的检测性能进行了比较，仿真试验结果表明了本方法的有效性。     

机动小目标的时空联合检测技术

主动声呐信号处理中一般采用匹配滤波和背景均衡等算法检测回波信号,为提高信号的检测性能,还需利用信号与混响和环境噪声在时间、空间上的统计特征差异。文章在对信号的时、空特征算法进行简单描述的基础上,提出了频率能量统计特征和方位能量统计特征,将两种特征检测器的输出进行融合处理构成时、空联合检测器。仿真和试验数据处理结果证明,此方法可有效提高机动小目标在混响及环境噪声中的检测性能。     

基于双正交小波信道估计改进的TR-UWB系统

针对超宽带（UWB）信号因脉冲持续时间短、时域分辨率高、在传播中出现密集多径现象的特点,利用小波函数和超宽带脉冲之间的相似特性,提出了一种基于双正交小波基的高效估计多径衰落幅度和时延等信道参数的信道估计算法,以便接收机能捕获足够的信号能量。通过滑动相关实现了同尺度上信号与小波的内积运算,避免了峰值搜索过程,简化了估计器的结构。同时,基于由信道冲激响应估计值合成的本地相关模板信号,提出了改进的发射-参考超宽带（TR—UWB）系统。Monte—Carlo仿真结果表明,该算法的归一化均方误差较小,改进的TR—UWB系统能有效抑制参考符号中噪声的影响,系统性能优于传统TR接收机。     

多阵元合成孔径聚焦超声成像研究

对多阵元合成孔径聚焦超声成像进行了全面的研究.根据声场的辐射理论推导了多阵元孔径的声压分布,并分别对单阵元、多阵元聚焦和多阵元非聚焦的声场和缺陷响应进行了仿真,发现多阵元非聚焦的声场更适合于合成孔径聚焦超声成像,并根据这个原则进行了成像实验,结果表明在远场情况下,多阵元合成孔径聚焦超声成像可以获得比单阵元合成孔径聚焦成像更高的成像质量和分辨力.     

光电层合圆柱薄壳的激励特性及控制

光致伸缩材料（如铁电陶瓷材料镧改性锆钛酸铅）在高能光束照射下具有光致形变效应,可应用于柔性结构的非接触激励与控制。本文在研究光致伸缩作动器光-电-热-力等能场耦合机理基础上,构建出光致伸缩作动器的数学模型,推导出光电层合圆柱壳振动控制方程。利用模态控制因子对不同布局下作动器的控制效果做出评价,同时对变曲率圆柱壳的薄膜作用与弯曲作用进行了较深入研究。最后,利用Lyapunov与速度比例反馈控制对所提出的布局进行了振动主动控制分析,结果表明分布式光致伸缩作动器对圆柱薄壳低频振动的控制效果良好。     

多通道主动隔振中的通道窜扰抑制算法

多通道主动隔振是采用多个作动器协调控制的方法抑制系统的全局振动。作动器对振动进行控制同时,也对其它作动器产生干扰,通道窜扰是多通道主动控制的一大难题。将去耦合滤波器应用到抑制多通道主动控制的通道窜扰中。用去耦合滤波器滤掉控制误差信号中的通道窜扰信号,所得信号代替控制误差作为滤波-x LMS算法新的参考信号。通过仿真表明,采用耦合滤波器对多通道主动控制结果有重要影响,去耦合滤波器在通道窜扰为正反馈时依旧保证算法收敛,防止控制效果恶化。     

自适应旁瓣抵消器在混响背景下性能研究与分析

分析了声纳多目标背景环境下声场方位谱的特性,并推导了适合此背景的最优自适应权。针对阵元数分别为奇数和偶数两种情况,采用了与其相匹配的方位陷波矩阵取得自适应旁瓣抵消器的参考信号,并通过推导和仿真验证了这两种方位陷波矩阵的适用性。仿真结果表明此方法较常规方位谱估计（CBF）可以得到更低的旁瓣,更尖锐的主瓣。利用实际海试数据对此方法进行了检验,探讨了基于奇、偶阵元数的自适应旁瓣抵消器对混响的响应,结果表明,与CBF相比可以得到更低的旁瓣,使主峰更尖锐,有利于目标检测能力的提高。     

收发分置式声纳系统混响仿真方法

给出了收发分置式声纳系统混响的一种仿真方法,首先推导出收发分置式声纳系统的体积混响、海面混响、海底混响的等效平面波混响级公式,并由等效平面波混响级公式计算出平均声强度衰减规律,与由声线法计算平均声强度衰减规律相比,仿真实现时计算更简单。并对仿真结果进行了平均混响强度衰减规律分析和统计特性与时间相关特性检验,与理论值相比较具有一致性,为收发分置式声纳系统的目标检测、信息传输技术研究提供理论依据。     

典型非高斯分布假设下累积和检测方法性能研究

累积和检测方法是根据声呐目标信号出现与消失时概率密度函数（Probability Distribution Function,PDF）的变化进行有效的瞬态信号检测。以非高斯模型t分布假设替代传统的高斯分布方差变化假设作为描述瞬态信号的PDF形式,推导了累积和检验统计量的表达、更新量PDF求取的数值方法,利用快速傅里叶变换法计算了门限和自由度等检测参数。利用仿真的落水信号、船体加速信号和消声水池实验数据进行检验。结果表明,基于t分布假设的累积和方法对瞬态脉冲信号的检测效果优于常规累积和方法,能更快地响应信号变化,更好地抑制背景干扰。     

Experimental investigation of selective localisation by decomposition of the time reversal operator and subspace-based technique

The approaches of the active time reversal (TR) selective localisation based on the decomposition of the time reversal operator (DORT) and the TR multiple signal classification (MUSIC) location are presented. The waveguide experiment describes in detail the procedure of active TR location and shows that (i) the extended target could have multiple distinguishable eigenstates, unlike point-like targets in which one target corresponds to one eigenstate; (ii) the selective location can be achieved by means of the standard TR location in the presence of the suspended and bottom objects; (iii) compared with the standard TR location, TR MUSIC location based on signal subspaces performs better in locating non-resolved targets and has lower sidelobe levels to locate the extended target. Finally, the approach of acquiring the TR operator via array probing by weighting Hadamard?Walsh functions (to produce orthogonal beams) is discussed. The experimental result shows that the ambiguity surfaces of the standard TR location and the TR MUSIC location are greatly improved with this approach.     

基于振动声调制和时间反转法的微裂纹定位检测研究

针对常规超声检测对闭合微裂纹不敏感的现象,开展了基于振动声调制技术的非线性超声检测研究,并引入时间反转法对检测信号中的非线性信号进行聚焦处理,实现闭合微裂纹的检测及定位。利用ABAQUS有限元软件仿真振动声调制技术检测铝管微裂纹,用有限长冲激响应滤波器提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号,在时域反转后重新加载到无裂纹铝管模型进行时反信号聚焦仿真。结果表明,振动声调制检测信号中的一阶旁瓣非线性信号能够在裂纹位置附近聚焦,管道径向布置的时间反转信号加载方式信号聚焦效果优于轴向布置,并且根据聚焦像的大小和位置可以对裂纹进行定量和定位。     

Sensing a buried resonant object by single-channel time reversal

Scaled laboratory experiments are conducted to assess the efficacy of iterative, single-channel time reversal for enhancement of monostatic returns from resonant spheres in the free field and buried in a sediment phantom. Experiments are performed in a water tank using a broad-band piston transducer operating between 0.4 and 1.5 MHz and calibrated using free surface reflections. Solid and hollow metallic spheres, 6.35 mm in diameter, are buried in a consolidation of 128-μm-mean- diameter spherical glass beads. The procedure consists of exciting the target object with a broadband pulse, sampling the return using a finite time window, reversing the signal in time, and using this reversed signal as the source waveform for the next interrogation. Results indicate that the spectrum of the returns rapidly converges to the dominant mode in the backscattering response of the target. Signal-to-noise enhancement of the target echo is demonstrated for a target at several burial depths. Images generated by scanning the transducer over the location of multiple buried targets demonstrate the ability of the technique to distinguish between targets of differing type and to yield an enhancement of different modes within the response of a single target as a function of transducer position and processing bandwidth.     

基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像

针对传统时间反转(TR)方法消除Lamb波传播时间和操作复杂的问题, 提出了虚拟时间反转(VTR)方法。该方法采用换元激励和接收机制以保留时间信息, 并运用信号运算代替物理TR操作。讨论了基于阶跃激励获取损伤监测路径传递函数的VTR实现过程。提出了基于VTR的高分辨率损伤成像方法。为了降低复合材料各向异性的影响, 在成像中进行了速度修正。实验结果表明, VTR方法能对碳纤维复合材料板中的Lamb波损伤散射波包进行部分再压缩和TR聚焦, 通过本文中成像方法也能清晰显示出板中单个和两个近邻损伤。      

基于时间反转镜的宽带匹配场处理

声场的互易性和线性波动方程的时反不变性能用时间反转来代替频域的相位共轭。因此,时间反转技术可以应用于宽带的匹配场处理中。时间反转匹配场处理时,仍然需要知道海洋环境的先验知识,例如声场的声速分布,海洋边界条件等等。文章对时间反转应用于匹配场处理进行了仿真并分析海上试验数据。仿真和试验数据分析结果表明:该套时间的反转处理方法可以实现匹配场定位,定位精度较高,而且多元阵信号处理的增益也十分明显。     

Development of a broadband picosecond infrared spectrometer and its incorporation into an existing ultrafast time-resolved resonance Raman, UV/visible, and fluorescence spectroscopic apparatus

We have constructed a broadband ultrafast time-resolved infrared (TRIR) spectrometer and incorporated it into our existing time-resolved spectroscopy apparatus, thus creating a single instrument capable of performing the complementary techniques of femto-/picosecond time-resolved resonance Raman (TR3), fluorescence, and UV/visible/infrared transient absorption spectroscopy. The TRIR spectrometer employs broadband (150 fs, approximately 150 cm(-1) FWHM) mid-infrared probe and reference pulses (generated by difference frequency mixing of near-infrared pulses in type I AgGaS2), which are dispersed over two 64-element linear infrared array detectors (HgCdTe). These are coupled via custom-built data acquisition electronics to a personal computer for data processing. This data acquisition system performs signal handling on a shot-by-shot basis at the 1 kHz repetition rate of the pulsed laser system. The combination of real-time signal processing and the ability to normalize each probe and reference pulse has enabled us to achieve a high sensitivity on the order of deltaOD approximately 10(-4) - 10(-5) with 1 min of acquisition time. We present preliminary picosecond TRIR studies using this spectrometer and also demonstrate how a combination of TRIR and TR3 spectroscopy can provide key information for the full elucidation of a photochemical process.     

改进的被动时间反转阵处理水下通信

时间反转技术由于不受环境制约,能自适应实现信道多途压缩和对指定点的空间聚焦,降低多用户通信过程中的码间干扰和同道干扰,广泛应用在水声通信领域。利用垂直阵加权处理的方法,在被动时间反转的基础上增加了一抵消项,抑制其中一个用户在接收阵的接收幅度以达到对另一用户指定通信的目的。模拟仿真显示该方法比单独只用被动时间反转处理,误码率能降低一半。海上试验数据处理结果与模拟仿真基本一致。     

被动迭代时间反转镜研究

抗除多途信道的干扰,优化被动检测性能是声纳信号处理关注的问题之一。通过仿真揭示了多途信道中单水听器时间反转镜的聚焦效应,研究了被动迭代时间反转镜技术,对其多目标定位选择性、多目标选择聚焦性能作了研究。结果表明利用了海洋信道的相干多途特性,被动时间反转镜可实现多个目标的空间匹配滤波：利用迭代算法,被动迭代时间反转镜可在抑制环境噪声干扰的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。     

复合材料板脱层损伤的时间反转成像监测

基于时间反转理论,对主动Lamb波复合材料结构脱层损伤成像监测技术进行了研究。分析了时间反转方法的理论基础以及对波源的信号聚焦过程。根据信号传播自身的特性,研究采用时间反转聚焦方法使损伤散射信号能量叠加放大,从而提高信号的信噪比,分析给出了具体的损伤信号时间反转聚焦增强过程;利用时间反转法对波源的自适应聚焦能力,重建信号传播波动图,通过信号聚焦显示损伤位置和区域。在玻璃纤维复合材料板上的真实损伤实验结果表明,该方法能有效提高损伤散射信号的能量,较为准确地监测出损伤的位置、大致范围等特征。