矢量水听器性能参数测试及分析

随着声呐探测系统性能和稳定性的不断提高,矢量水听器因能同时共点测量声波的声压和振速信息,已开始应用于声呐探测系统。为保障海上实验,设计制作了胶囊形三维压电同振式矢量水听器。依据比较法测量原理,分别在驻波声管和消声水池中,对矢量水听器的x、y、z和p通道的低频段和高频段进行了灵敏度和指向性测试。测试结果表明,该型矢量水听器灵敏度较高、指向性较好,能够满足海上实验的需求。     

光纤矢量水听器指向性锐化技术研究

1引言光纤水听器和矢量水听器是近些年来出现的新型水听器,与普通声压水听器相比,它们有着较为优越的性能[1],光纤矢量水听器则结合了二者的优势,有着更为广阔的应用前景,在本文中,我们分析了光纤矢量水听器的指向性并对其进行了海试实验验证。     

矢量水听器校准装置的不确定度评定

本文介绍了矢量水听器校准装置的工作原理,系统组成及校准矢量水听器灵敏度和指向性的工作流程,并对该装置的不确定度进行分析评定。     

用信号处理的一般原理分析压差水听器的空间增益

压差水听器是水声矢量水听器的一种实现形式,同振球则是另一种实现形式.看起来这两种矢量水听器很不相同,其实它们在功能和物理基础上似乎并没有太大的差别.压差水听器的数学模型比较简单,便于数学分析.作为一个事例,本文用信号处理的一般原理,分析压差水听器的空间增益.类似地,声强靠处理器、双水听器最优处理器、矢量水听器阵的信号处理增益,都可以用信号处理的一般原理进行分析.     

弹性球壳声散射对矢量水听器测向影响研究

以平面波在弹性球壳上声散射理论为基础,建立了弹性球壳近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型,分析了入射声波信号频率、入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响。计算和理论分析结果表明．弹性球壳声散射对矢量水听器测向性能的影响与壳体散射特性和水听器安装位置密切相关,在低频和高频段测向误差相对比较小,而在中频段则测向误差比较大,可通过选择工作频段,或者采用声学处理,降低壳体声散射强度,减小对矢量水听器测向性能的影响。研究结果为矢量水听器工程应用奠定了理论基础。     

矢量水听器工程局限性剖析

重点研究了矢量水听器在工程应用方面的特点和局限性。首先给出了矢量水听器及其阵列的数学模型和它的性能特点;接着对矢量水听器和传统声压水听器在浮标/潜标平台、拖曳式平台以及水下航行器平台等应用情况下的性能进行了比较分析。结果表明,在浮标/潜标平台上,使用矢量水听器有利于低频时的目标探测,可以显著降低阵列孔径;而在拖曳阵及航行器等移动平台上,由于受流噪声、运动平台辐射噪声等因素的影响,矢量水听器的性能优势不易发挥。     

单矢量水听器目标方位估计

矢量水听器由于其不但能获取声场中的声压信息,还能获取质点振速这一矢量信息,所以给其信号处理带来了更大的空间.单个的矢量水听器由于其具有这一特征,就能对声场中的目标进行方位估计,而且由于振速为矢量具有方向性,故不会出现左右弦的模糊问题,在工程应用上也由于其小的尺寸而受到重视,本文针对单个的压差式矢量水听器,利用其声压和振速的相关性;对单个的目标进行方位估计仿真,并用水池试验数据进行了验证.     

基于遗传算法的单矢量水听器多目标方位估计

矢量水听器能同时获得声场中某一点的声压标量和质点振速矢量,获得了比常规声压水听器更多的信息。矢量水听器自身是一个空间共点阵,具有一定的空间指向性,这些特点使矢量信号处理技术与声压信号处理技术具有重大差异。根据单个矢量水听器多目标分辨的数学模型,即声压和振速的偶次阶矩组成的非线性联立方程组,研究了该方程的解算方法,给出了可以使用遗传算法求解该非线性方程组的结论和计算精度。     

矢量水听器低频绝对校准装置研究

提出了矢量水听器低频绝对校准装置。首先给出了矢量水听器绝对校准的原理,通过测量声源辐射面的加速度,利用驻波管中平面驻波声场中的声压、质点振速和质点加速度在垂直方向上的分布规律,得出了校准计算公式;之后对校准装置中平面驻波场在垂直方向上的分布规律进行了测量验证,并对测量用加速度计进行了校准;最后对待校矢量水听器的灵敏度和指向性进行了测试。结果表明:在10~315 Hz频带内,矢量水听器低频绝对校准装置在±1 d B误差允许范围内,可用于矢量水听器的绝对校准。     

组合矢量水听器及其成阵技术研究

本文介绍了国内外矢量水听器及矢量阵的发展现状，并用刚体散射理论分析了同振柱形矢量水听器在声场中的工作方式，从测量原理、灵敏度、指向性等几个方面阐述了同振型组合矢量水听器的特征，最后以矢量线列阵为例，对组合矢量水听器的成阵技术作了一些研究，并给出了矢量线列阵样段的试验结果。     

中频三轴向矢量水听器的研究

根据实际工程需要,设计、制作三轴向中频矢量水听器,其声压通道和矢量通道在结构上结合为一体,外形为两端带半球帽的圆柱形结构。矢量水听器体积为Ф44×88（mm）、工作频带为5Hz—8kHz。在驻波管和消声水池中对研制的矢量水听器进行了测试,测试结果表明：矢量通道的声压灵敏度级为-184dB(测量频率1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有余弦指向性;声压通道灵敏度级为-198dB(0dB参考值1V/μPa)。研制的矢量水听器具有体积小、通道灵敏度高、使用时悬挂方便等优点,适合构建矢量水听器线阵。     

矢量拖曳阵水听器流噪声探讨

拖曳阵声纳的左右舷模糊是实际应用中需要解决的问题。采用矢量水听器可以较好地解决此问题。采用波数．频率谱方法讨论同振柱形矢量水听器的流噪声。根据圆柱套管外壁湍流边界层的特点和同振柱形矢量水听器的工作原理,导出矢量水听器的声压通道和振速通道的噪声功率谱。通过数值积分法估计了流噪声功率谱与护套尺寸、水听器尺寸和拖曳速度等参数的关系。针对同振柱形矢量水听器的特点,所得结果有实际参考价值。     

双通道传递函数法测量矢量水听器自噪声

针对矢量水听器自噪声测量时受环境干扰严重的问题,提出了利用双通道传递函数法测量矢量水听器的自噪声。给出了双通道传递函数法降低环境干扰的原理;并通过实验手段分析了利用该方法测量时,环境背景噪声条件及水听器布放距离等因素对测量结果的影响。研究结果表明,利用双通道传递函数法测量矢量水听器的自噪声,可以有效降低环境背景噪声影响,得到更加准确的结果。该方法为准确测量矢量水听器的自噪声提供了有效的手段,为矢量水听器在远程探测领域的实际工程应用提供了测量基础。     

单光纤矢量水听器的浅海环境噪声指向性研究

0引言海洋环境噪声的指向性不仅是海洋环境噪声的重要特性,也是影响水听器阵列增益的重要因素。20世纪60～70年代,许多实验使用大规模拖曳阵或沉底阵测量了不同海域的海洋环境噪声场的指向性和谱特性。单个光纤矢量水听器可以共点测量声场的声压和三个正交的加速度分量,可以认为是共点的标量阵列。本文通过矢量波束形成方法,对浅海环境噪声场进行了水平指向性和垂直指向性的估计,并分析了降雨对噪声场指向性的影响。     

球形障板对矢量水听器接收性能的影响

矢量水听器可以同步共点测量声场空间一点处的声压和质点振速的各个分量,因此其被广泛应用于水声测量、探测、通信等领域。矢量水听器在水声测量的应用中会受到安装载体散射声场的影响,而这种载体可以看作为障板,由于障板的存在使散射声场的分布发生改变,以及矢量水听器的接收性能下降。仅以绝对硬边界为例,对球形障板的散射声场进行了理论计算和仿真分析。并且对带障板条件下矢量水听器的接收指向性的变化进行了仿真研究。结果显示,从散射声场分布图可以直观看出声场发生的变化,矢量水听器的接收性能变化与障板的尺寸、与障板距离远近、声波发射频率等因素有关。     

矢量水听器在水声通信系统中的应用

将矢量水听器应用于水声通信系统,利用矢量水听器的指向性屏蔽强干扰。建立了基于矢量水听器的多载波正交频分复用(OFDM)系统模型,对各向同性噪声场中矢量水听器的增益进行了推导,为抑制相干干扰提供了新的解决方案,并进行了仿真验证。仿真研究表明,该方案能够有效地增强系统的抗各向同性干扰的能力,达到提高信噪比的目的,降低了误码率,增加了系统的稳健性。湖上试验验证了该方法的有效性,表明基于矢量水听器的水声通信系统可为实现高速水声通信提供一种有效的途径。     

矢量水听器测试方法研究与应用

声呐作为水下探测、通信的重要设备,无论在民用探鱼或军事探测水下目标上都有着不可或缺的重要作用。随着传感器技术以及信号处理技术的迅猛发展,更尖锐地指向性成为了水听器发展的主要方向,矢量水听器可以同时获得声压信号和质点振速信号,在各种水下测量设备中都有着重要的应用。因此,矢量水听器的校准就显得尤为重要,其x正轴方向的确定、灵敏度及指向性都会直接影响实际应用。本文依据水听器校准规范的要求,结合水听器使用的实际情况,对一种胶囊形三维矢量水听器的性能做了测试,给出了不同频率下的指向性图,并对今后的水听器的发展及信号处理方法做了展望。     

中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计

针对同振型矢量水听器后期悬挂金属弹簧或橡胶绳给使用者带来不便的问题,提出一种中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构的设计方案。通过矢量水听器振动系统对其声学特性进行分析,通过ANSYS有限元软件,利用Mooney-Rivlin理论对圆环形橡胶弹簧在压缩情况下的水平剪切刚度进行仿真计算,分析了Rivlin参数对橡胶弹簧剪切刚度的影响,并研制出矢量水听器样机。在1000~4000 Hz频率范围内,对矢量水听器进行了测试,并给出了测试结果。在1 k Hz时,声压灵敏度为-195 d B,指向性凹点深度大于20 d B。测试结果表明,此种设计免除了反复悬挂金属弹簧或橡胶绳带来的负面效应。     

基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器设计

根据介观压阻效应原理以及柱体声学理论,提出了一种基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器,期望利用量子阱薄膜材料的高灵敏度压阻效应以及水听器精巧的微结构,提高矢量水听器的灵敏度,实现水听器的低频特性及结构微小型化.首先概括地描述了介观压阻效应原理以及柱体声学理论;完成了水听器的结构设计;采用GaAs基微机械加工工艺完成了水听器的加工并对水听器进行了封装,最后对研制出的水听器的性能指标进行了测试,测试结果表明:纳机电矢量水听器不但体积小、质量轻、结构简单,而且能够获取水下声场的质点振动信息,具有"8字型"的指向性,可进行水下声信号的定位探测.     

单向水听器及其在波束形成中的应用

提出常规反向波束形成技术,构建了单向水听器,并探讨其应用于阵列波束形成的可能性。系统地构建单向水听器模型,导出常规反向波束形成技术,证明得到其空间响应单指向性的存在条件,其指向性指数在3~4.8 d B范围内。以单向水听器为基元构建标准线列阵进行常规波束形成,并与全向水听器比较,理论证明了使用单向水听器能够为线列阵提高3~4.8 d B的指向性指数。仿真实验结果验证了单向水听器自身具有心脏形空间响应、3~4.8 d B的指向性指数和空间响应的宽带一致性等三种特性,使用单向水听器能够在主瓣宽度不变的同时降低旁瓣级、提高指向性指数、保持良好的稳健性。因此,提出的常规反向波束形成技术是一种构建单向水听器的有效方法,在阵列波束形成中使用单向水听器是可行的、有利的。