基于多普勒频谱分析技术的声压复现方法研究

空气声声压量值的复现是通过实验室标准传声器实现的,标准传声器的声压灵敏度采用互易校准技术获得,它是一种间接的量值复现技术.为研究直接复现声压量值的可行性,本文在平面行波管内通过激光多普勒技术获得声场中示踪粒子的多普勒信号,对其进行频谱分析,对照声场中粒子振动方程和贝塞尔函数的求解,获得了声场中粒子的振速,依据平面行波方程计算获得管中声压,与实验室标准传声器测量结果相对照,结果表明,声压级在100 dB左右时,不同频点测量的声压偏差与传声器所得的结果低于0.3 dB.基于多普勒信号频谱分析技术获得粒子振速,为光学法复现声压量值的进一步研究奠定了基础.     

MEMS矢量传声器研究进展

矢量传声器由声压传感器和质点振速传感器复合构成,可时间同步、空间共点测量声场声压标量及质点振速矢量信息,在开展振动噪声监测、被动声测定位以及声全息成像等相关声学测试方面有着独特的优势,因而具有重要的工程应用价值.质点振速传感器是矢量传声器的核心部件,具有偶极子指向性,可直接感测声场质点振速各正交分量.基于此,介绍基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术的矢量传声器的研究进展,概述MEMS矢量传声器的工作原理、设计制作及工程应用等方面的发展现状.     

基于空间冲激响应的圆形换能器辐射声场研究

基于空间冲激响应的稳态声压场理论,从选取距离函数出发,建立了单阵元圆形平面换能器声场中任一场点处的基于傅里叶变换的冲激响应声场模型,该模型适用于声场中的任意位置。并运用Matlab仿真了换能器的轴向与径向声压分布,且在圆形换能器冲激响应的声压分布实验系统上进行验证,实验结果与仿真得到的声压场具有很好的一致性。实验验证表明,仿真结果可准确反映圆形换能器的空间辐射声场分布。该方法计算快捷,对于优化圆形换能器设计参数及提高超声成像检测分辨率有重要参考意义。     

声强向量阵对低频目标测向及其优化算法研究

研究了基于典型声强向量阵——三轴六基元阵的低频水声目标被动声测向算法,该方法综合利用了目标声场的声压和振速信息,能在小尺寸和低频条件下实现水声目标的高精度测向。提出了基于几何平均声压测量声强原理的优化算法,进一步改善了定向性能。用实测舰船噪声数据进行了计算机仿真,结果表明：矢量传感器尺寸为0．5m,信噪比为0dB时,优化算法得到的全空间内方位角和俯仰角误差的最大值均在2°以内。     

基于小球反射法的超声脉冲波声场特性研究

基于对小球散射单频连续波声场指向性的研究,推导出小球散射超声换能器脉冲波声场的指向性函数计算公式,由此建立了小球反射的超声换能器脉冲波声场声压分布理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布.实验验证了指向性函数计算公式和理论模型的正确性,理论计算和实验结果均表明,小球的尺寸对声场声压分布的测量精度有较大影响.     

基于平滑l_0范数的压缩感知近场声全息方法

传统平面近场声全息(CPNAH)是一类典型的不适定问题,采用波数域滤波或Tikhonov正则化等方法都无法彻底解决,因此,提出一种基于平滑l_0范数的压缩感知平面近场声全息法(SL0-CS-PNAH)。根据全息面上测量声压的特点,采用symlets8小波函数构建正交小波变换矩阵,将其作为重建面质点法向振速的稀疏基。将CPNAH中使用的瑞利(Rayleigh)第一积分公式离散化,确定SL0-CS-PNAH中满足约束等距原则的测量矩阵,设置合适的压缩比,利用测量矩阵对稀疏信号进行压缩采样。在由感知矩阵、全息面测量声压和稀疏向量共同构成的约束条件下,建立稀疏向量的最小l_0范数优化模型,采用平滑l_0范数重建算法求解此模型下的最优化问题,得到质点法向振速的最优稀疏解,再将最优稀疏解和稀疏基相乘恢复重建面质点法向振速。在数值仿真实验中,将测量点由64×64减少到32×64的情况下将传统CPNAH、基于正交匹配追踪算法的压缩感知近场声全息(OMPCS-PNAH)、基于子空间追踪算法的压缩感知近场声全息(SP-CS-PNAH)和SL0-CS-PNAH进行比较。实验结果表明,在相同采样率和压缩比条件下,采用SL0-CS-PNAH的声场重建质量较好且重建效率较高。     

声矢量阵张量分解MUSIC算法

矢量水听器同时、共点测量声场中的声压和振速分量,因此相对于声压水听器能够获取更多的声场信息,多重信号分类算法(MUSIC)是一种具有高分辩能力的方位估计算法,本文对声矢量阵接收信号三阶张量建模,并通过高阶奇异值分解得到信号张量子空间,从而结合MUSIC算法对声源进行方位估计。基于三阶张量奇异值分解得到的信号子空间相比于传统的矩阵奇异值分解得到的信号子空间能够更好地抑制噪声,并且体现了多维数据之间的关联关系,因此方位估计精度更高。计算机仿真结果表明:矢量阵张量分解MUSIC算法性能优于传统矢量阵MUSIC方法。      

自适应线谱增强器的改进及实现

针对舰船辐射噪声中线谱检测及提取难问题,研究了基于矢量水听器的自适应线谱增强器。利用矢量水听器同步、同点测量声场的声压和振速的特点,将传统自适应线谱增强器改进为双输入结构,由于所测声压信号与振速信号间的相关性,提高了线谱增强的效果。通过实测数据对改进算法进行了验证,并在Simulink中的DSP Bulider平台下对改进的自适应线谱增强算法予以实现。     

非等间距矢量阵虚拟阵元波束形成

研究了基于矢量传感器的非等间距直线阵的虚拟阵元波束形成技术.为了提高阵元数量较少的非等间距直线阵的分辨力,使用矢量传感器,充分利用声场的声压和振速联合信息,并采用一种类似均匀直线阵的非等间距直线阵,使用时延方法估计非等间距直线阵虚拟阵元上的接收信号,虚拟扩大了基阵孔径.采用仿真阵列模型对所述方法进行了计算机仿真,仿真结...     

矢量垂直阵的物体深度辨识研究

为有效对水面物体、水下物体实现深度判决,研究了利用垂直布设的矢量水听器组的声压和水平振速互谱函数有功分量的正负号进行判决的方法,该方法适用于变声速环境的浅海甚低频(VLF)声场物体深度辨识。依据在波导中只存在两阶简正波的条件,分析水域深度与探测频率范围的关系,并就几种不同声速剖面情况进行仿真分析。对千岛湖水声试验中的数据进行处理,辨识结果和实际深度符合良好,正确率80%及以上。