楔形海域声矢量场分析

海洋环境中的声传播是水声学研究领域的一个经典问题.在传统的研究中,关心的主要是声压场.随着矢量水听器的出现,不仅是声压场,介质质点振速场也受到极大关注.应用虚源法分析了ASA基准楔形模型中谐和点源的三维质点振速场.基于Deane和Buckingham给出的声场声压表达式,文中推导了三维质点振速的积分公式,并应用数值积分的方法计算了声场声压与质点振速,分析了它们的传播损失和相位差以及不同方向声强的衰减过程.结果表明,即使在远距离上,声压与质点振速的相位差并不为零.     

矢量圆阵测向方法

为了实现矢量传感器在圆阵阵型条件下的应用,研究了均匀矢量圆阵的测向方法.利用声场分解理论将接收声场分解为一系列相互正交的相位模态,给出了声压、径向振速和切向振速的预处理矩阵的生成方法,利用预处理矩阵将矢量圆阵阵元域信号变换到相位模态域,在相位模态域提出了一种矢量圆阵测向方法,实现了声压振速的相干信号处理.仿真和试验结果表明,本方法可以将矢量传感器的抗噪能力与阵列系统的分辨能力有机结合起来,获得比相同阵型的声压阵更好的检测和估计性能.     

基于MUSIC算法的矢量水听器阵源方位估计

矢量水听器阵的每个阵元同时测量声场中的声压量和质点振速的3个正交分量,相对于声压水听器阵来说,矢量阵获取声场中更多的信息.利用矢量阵所获得的速度场的信息可去除目标方位估计中的180°模糊.多重信号分类(MUSIC)算法是通过对数据协方差矩阵进行本征分解获得信号空间谱估计的方法.本文采用矢量水听器均匀线阵研究了利用MUSIC算法对声源进行方位估计,以提高对源方位的估计精度.仿真结果表明,在SNR=10dB的条件下,相对于常规波束形成器输出,MUSIC空间谱的主波束宽度锐化了30°左右,旁瓣降低了16dB左右,利用MUSIC算法可提高对源的定向精度及对多目标的分辨能力.     

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.     

被动式渔探仪的信号检测与方位估计

为了降低渔探仪成本、简化设备、提高作用距离,将被动式声纳技术应用于渔探仪系统.采用被动式声纳原理,利用矢量水听器接收声场中质点的声压和振速信息,对声压和振速进行联合处理,从而对信号的声能流值进行最大似然比检测,在最大似然比检测的基础上对声源的方位角进行估计,获得方位角的最大似然估计值.实验结果表明:声能流检测器能有效地抑制各向同性的噪声,提高增益,方位估计能进行目标定位,定位误差小,效果良好.利用被动式声纳技术及采用新型传感器(矢量水听器)技术,使得构造一个具有全新概念的被动式渔探仪成为可能.     

一种新的声矢量阵最小范数算法

现有的声矢量阵方位估计算法基本都是将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为与声压相同的独立阵元信息来处理,没有充分利用AVS中声压和振速的相干性,以及由此带来的抗各向同性噪声能力.基于AVS中声压和振速的相干性原理,提出了一种新的声矢量阵最小范数算法.新算法充分利用了AVS中声压和振速联合信息处理的优势,能更好地将最小范数(MN)算法的高分辨能力与AVS的抗噪能力有机地结合起来,实现远程高分辨DOA估计.理论分析和基于湖试数据的仿真实验证明了所提算法的有效性.     

声矢量场的抛物方程计算方法

采用抛物方程方法对声场声压进行计算,通过尤拉公式给出抛物方程方法对声矢量场参数求解表达式,并利用差分方法对声场质点振速值进行数值计算.该文介绍了三维抛物方程理论与FOR3D程序算法;对PEKERIS问题、单层海洋环境及ASA基准楔彤模型环境下的声矢量场进行仿真验证.结果表明,利用抛物方程方法可以快速简便地求解复杂海洋环境下的声场,并且可以用于计算声矢量场参数.     

由矢量水听器阵反演海底地声参数

矢量水听器能同时测量声压和质点振速信号,为了对这些信息在海底地声参数反演中加以充分利用,根据声传播理论研究了不同号简正波对声矢量场的影响,并在此基础上提出了一种将声压和质点振速相联合的地声反演方法.理论与实验研究表明,对声压和质点水平振速而言,低号简正波往往占主要贡献,而对于质点垂直振速,高号简正波的贡献更大.海底地声参数反演的数值仿真与实验结果表明,基于矢量水听器阵的地声反演方法可以有效降低海底声学参数反演的不确定性.这为矢量水听器应用于海洋环境监测提供了一种新方法.     

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.     

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.