近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果.     

垂直线阵声图测量原理研究

提出了一种在近场条件下,利用垂直线阵聚焦波束形成技术测量目标噪声源的分布图(声图)的方法.垂直声压阵只能测得目标噪声源在某个垂直面内的二维声图,且存在前后(或左右)模糊问题.垂直矢量阵则可利用声压振速的联合信息,先通过直方图方位估计测向,再进行聚焦扫描,这种方法能很好地解决测量模糊问题,并能得到目标的三维声图.     

浅海稀疏阵声图测量实验分析

为了研究声图测量过程中由于采用稀疏阵引起的声干涉对聚焦波束形成的影响,分析了声干涉现象产生的原因,对比分析了阵列稀疏对于远场波束形成与近场聚焦波束形成影响的异同,及其对宽带信号及窄带信号影响的异同.根据对比分析认为,近场宽带信号处理的方式受阵列稀疏的影响较小,但实际舰船目标往往含有强线谱信号,因此测量过程预先通过谱白化处理是必要的.对上述宽带稀疏阵的测量方法进行了实验验证,给出了定位结果,结果表明方法切实可行.     

双平行线列阵的方位估计及声探测盲区分析

基于信号相位匹配原理,给出了利用由双平行线列阵组成的平面阵进行声源方位估计的奇异值分解算法(Singular Value Decomposition for Signal Phase Matching,SVDSPM), 推导了空间谱搜索所需的时延计算公式;分析了双线阵间距对不同频率方位估计精度的影响, 从而确定了双线阵的间距;分析了声源频率对方位估计精度的影响;给出了给定频率时方位估 计精度与信噪比的关系并与MUSIC算法获得的结果进行了比较;给出了利用平面阵进行低空目 标的声探测时存在的声探测盲区的描述方法,并分析了声源的频率、目标初始俯仰角、阵元 数、阵型对声探测盲区的影响.仿真结果表明:(1)在低信噪比时SVDSPM算法的方位估计性能 优于MUSIC算法;(2)声探测盲区的范围与声源的频率和目标初始俯仰角有关,而与阵元数、 阵型无关.声探测盲区的分析和研究为立体阵的设计和方位估计提供了依据.     

弹性矩形空气腔障板水下声散射近场矢量特性

为了实现矢量水听器在水面或水下载体上的工程应用,研究了弹性矩形空气腔障板声散射近场矢量特性.利用薄板的低频近似理论导出了弹性矩形空气腔障板水下声散射的声压和质点振速表达式,给出相应的声强表达式,验证了公式的有效性.在此基础上数值计算了弹性矩形空气腔障板声散射的近场特性,重点关注其近场矢量特性.理论分析和数值计算结果表明,由于弹性矩形空气腔障板的声散射作用,声压场和质点振速场表现为复杂的干涉结构,质点振速方向和声源方位不一致,声压和质点振速不再同相,声强方向也不再反映声源方位.本文结果为矢量水听器在弹性矩形空气腔障板条件下的工程应用提供了理论依据.     

一种基于概率密度的多基阵声测被动定位算法

研究了基于概率密度分析的多基阵声测被动定位方法，并对定位算法和误差进行了理论分析和数值仿真。该方法将单基阵估计的目标方位看成是满足一定概率分布的一种可能的目标位置测量子集，根据每个单基阵得到的目标位置概率，计算目标位置在整个空间的概率密度分布，将概率密度最大点作为目标位置。研究结果表明，该声测被动定位方法的定位精度明显优于几何交叉定位法，具有重要的实用价值，它不仅可直接用于空中运动目标的探测和定位，而且也适用于地面运动目标的探测与定位。     

浅海运动目标辐射声测量距离内声聚焦特性研究

随着影响目标辐射噪声测量诸多因素的解决,声聚焦对测量精度的影响已显得比较突出.研究了浅海近场声聚焦特性对同标辐射噪声测量结果的影响.在射线理论基础上,推导了声压场和质点振速场的数学表达式,建市了基于虚源法的浅海矢量声场计算模型,并将声场计算模型应用于宽带声源信号矢量声场计算中.比较分析了理论仿真计算和湖试结果,验证了浅海近距离矢量声场计算模型的正确性,进一步探讨了浅海声场聚焦特性以及如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响.     

近场声源方位和距离联合估计算法

为提高近场麦克风阵列的声源定位精确度,对基于麦克风阵列的声源定位技术进行研究。详细分析了近场信号传播模型,并结合窄带子空间算法,对宽带ISM（Incoherent Signal-Subspace Method）算法进行改进,提出一种近场子空间声源方位和距离联合估计算法。该算法根据短时信号的频率特性,在特定频率上对信号应用子空间算法进行方向距离联合估计并对结果进行叠加,从而得到最终结果。该算法在相关信源和混响条件下均能得到较好的DOA（Direction-of-Arrival）估计效果。计算机仿真验证了算法的有效性。     

空间声源目标垂直方位角定位研究

针对目标定位中的声源垂直方位定位问题,提出了利用机器人头部结构的转动自由度来进行前后方位的判断.在此基础上,利用耳廓效应对频谱图中谷点中心频率进行抽取,同时建立相应的标高角评估函数.并利用机器人前后摆动自由度加大精确定位的范围.实验证明,提出的定位算法具有较高的精度和一定的可行性,可以为目标识别和声源分离提供方位基础.     

光纤声发射源定位实验平台的研究与实现

为了研究固体中声发射源定位问题,开发了一套成本低廉,适用范围广,检测灵敏度高的声发射源定位实验系统.采用Sagnac光纤干涉仪作为点传感器构成传感阵列,给出了Sagnac光纤干涉仪超声检测及声源定位的原理;光纤传感器布置在矩形钢板上构成阵列,用模拟声源激励钢板上的任意位置,基于单片机的数据采集电路将四路声发射信号发送给计算机,计算机通过VB编写的软件平台对四路信号进行解调处理.根据四路信号的时间差得到声源的位置,并采用时差修正法提高了定位精度.结果表明,此系统利用光纤传感器实现了钢板中声发射源的定位,为材料结构健康检测与监控的研究提供了一种新的方法.     

Research on Acoustic Localization Algorithm Based on Dual Four-Element Arrays

The passive acoustic locating technology is widely used in military fields.The traditional locating method with single array has low precision of distance estimation,but comparatively high precision of angle estimation.According to the characteristic,the algorithm for acoustic passive localization based on the azimuth angle and geometry position of the two arrays is derived to estimate the target distance,and the simulation for the factors that affect the localization precision also proceeds.The result of the simulation shows the precision of localization estimation with dual arrays is superior to that of single array,and the passive localization algorithm based on dual array can meet the practical demands.     

三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.     

遗传算法应用于矢量传感器目标定向跟踪

矢量传感器能够同步测量空间一点处的声压和质点振速信息,由此可估计出目标的方位信息.论述了各向同性噪声场情况下,矢量传感器接收到的声压能量与振速能量的关系.针对互谱声强法定向原理,将遗传算法引入到矢量传感器的目标定向跟踪中.根据声压与振速之间的关系、信号的稳定性构建了遗传算法的适应度,并且对基本遗传算法进行了改进,采用没有重串的稳态繁殖寻求全局最优解.计算机仿真分析结果表明该算法可以有效地进行目标方位跟踪,进一步提高目标定向精度.     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量

为了实现声学法温度场监测中声波飞行时间的高精度测量,介绍了声学法温度场检测原理与系统组成.提出了基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量法.Matlab环境下的仿真研究表明：受采样间隔的限制,直接对发射端和接收端采样信号作互相关并寻峰,所确定的声波飞行时间精度较低;为获得更准确的声波飞行时间,弱噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号的互相关函数在峰值附近做三次样条插值,细化后再次寻峰;中、强度噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号做线性插值,细化后再做互相关和寻峰.该方法对提高声学法温度场检测精度具有实际意义.     

基于修正Landweber迭代的声学温度场重建算法

针对不同温度场分布模型,采用修正Landweber迭代技术对其进行温度场重建,介绍了基于声学方法的烟气测温基本原理以及基于Landweber迭代的声学温度场重建算法.根据实际情况,确定了重建算法中的价值函数和迭代步长,使得收敛速度有明显提高,得到了稳定的重建结果.给出了不同温度场分布模型及其重建图像和重建误差.仿真结果表明,即使在声波发射/接收器数目较少时(如8个),该算法仍具有较高的重建精度和抗干扰能力,具有突出优点.     

一种新的声矢量阵远程ESPRIT方位估计算法

为解决水下目标远程高分辨定向问题,文章提出了一种新的声矢量阵ESPRIT方位估计算法.与现有的将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为独立阵元来处理的声矢量阵方位估计算法不同,新算法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵(AVSA)中声压与振速的相干性原理,能更好地将ESPRIT算法的高分辨能力与AVSA的抗噪能力有机地结合起来,实现远程、高分辨方位估计.理论分析和基于湖试背景噪声的仿真实验证明了新算法的有效性.     

声全息测量基阵的设计与研制

对用于近场声全息（NAH）技术，测量大型声呐发射阵近场全息声压分布的线型水听器基阵，进行设计，研制，全息测量阵设计和研制的关键问题是它应能得到声场中复数声压（振幅和相位差）的真实数据，给出场中正确的声压全息面。本文估算了所设计结构的支撑架和水听器基座声散射对阵上水听器测量全息声压的影响；分析对基阵结构的加工工艺要求和提出如何实现这些要求的措施，实验结果表明设计的这套四分之一水型水声扫描线阵的阵元测量数据可靠，适用于大型声呐基阵NAH技术，并为大型全息测量线阵设计提供基础。