浅海单个水听器匹配场定位的研究

对匹配场定位方法的研究是近年来水声学研究的热点。匹配场定位的基本原理是通过比较信号在接收阵上的协方关国数与假定声源位置后，按传播模型数值计算得到的协方差函数之间的相关程度来确定声源的位置。目前，对匹配场定位的研究大多采用长垂直接收阵，且只局限于数值模拟，但是在海洋实验中想要随时记录一个垂直阵的各种参数（如倾斜度和倾斜方向等）是很困难的，因此我们着重研究了利用单个水听器的匹配定位。在处理方法上，我们研究了对宽带信号的波形相关和包络相关两种方法，并对声源的深度和距离进行了匹配定位。首先，我们在均匀层…     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

F湖单水听器宽带匹配场定位的实验研究

基于波形互相关的一种快速实现方法,我们在F湖开展了单水听器宽带匹配场被动定位的实验研究.本文介绍了定位原理、实验方法,对定位实现中的主要问题进行了讨论,提供了实际定位结果.研究表明在F湖利用单个水听器实现宽带水下声源的匹配被动定位是可能的.     

应用匹配场实现单矢量水听器的三维定位

将匹配场原理应用到单矢量水听器上实现声源的三维定位,根据声压、质点振速表达式进行推导,获得Bartlett相关表达式并进行分析和仿真。对仿真结果进行分析后指出:声压方法可以获得距离、深度估计,但无法区分角度;声压、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,但是同声压方法相比,距离深度分辨严重下降;而垂直振速、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,并且在距离、深度上比声压方法稍有提高。所以在单矢量水听器下,为了同时获得距离、深度、角度的估计,需要应用垂直振速、轴向振速、法向振速组合方法。     

深海反射会聚区距离计算方法研究

0引言深海会聚区现象是深海海区主要的水声环境特点之一,利用会聚区现象实现远程探测已成为声纳最重要的工作方式之一。当会聚区现象发生时,声纳的作用距离将发生质的变化,对目标的隐蔽性带来巨大的挑战。要形成会聚区,声源和接收器两者必须都置于声道内,且海水的深度必须足够大,当水深达不到声线在海底发生反转所需的深度时,     

声强空间分布及水听器灵敏度标定误差分析

在非开阔水域中采用比测法标定水听器灵敏度时,声源附近的声强空间分布因多途声波相干叠加呈现分层特点,引起水听器灵敏度标定结果存在系统性误差.声场仿真和垂直阵实测证实了声强分层现象,解释了在非消声水池中进行水听器灵敏度标定试验的误差成因.提出在消声水池或开阔水域进行灵敏度标定试验,并将水听器和标准小球同深度布设,可消除声强分层现象或降低其引入的误差.     

浅海单个水听器匹配场定位研究

本文研究了利用单个水听器的匹配场定位问题，分析了波形相关和包络相关两种处理方法。通过对均匀层条件下匹配和失配的数值模拟，讨论了运用单个水听器进行匹配定位的可行性和对浅海远距离匹配定位的可能性，以及反演海底参数的问题。从数值模拟的结果来看，运用波形相关方法进行匹配定位所得的模糊函数主瓣突出，分辩率高，是一种比较好的匹配场处理方法。最后，对一组浅海爆炸声传播实验的数据进行了匹配定位，取得了较为满意的结果。     

一种利用多路径声线时延差的定位方法

利用射线声学研究了发射信号已知情况下基于时延特征谱匹配的定位方法,首先从测量信号相关谱和模拟信号相关谱中提取出时延特征谱,然后通过特征谱匹配处理来估计目标位置。仿真和实验数据处理结果表明,基于时延特征谱匹配的定位方法对环境参数失配具有较好的宽容性,目标深度和距离的估计精度较高,非相干累积和平均垂直稀疏阵各水听器的模糊度图可以明显降低旁瓣。     

模态滤波匹配定位方法研究

0引言在典型的海洋环境中,声场可以表示成一系列简正波模态的和的形式。实际中通常使用水听器阵列对这些模态进行空间采样和滤波,进而对声源位置进行定位。与常规的匹配场方法相比,模态估计定位的优势在于方法对环境噪声和阵元自噪声是稳健的[1],因而定位结果的精度比较高。前人已经提出许多模态滤波方法,如抽样模态滤波,伪逆模态滤波等[2]。本文通过对模态滤波方法进行海上试验验证,成功定位了声源位置,验证了方法的可行性。     

声强传感器特性对扫描声强法确定声源声功率的影响

文中以典型的矩形测量面方波扫描路径为例 ,分析了扫描声强法测量声源声功率时双传声器互谱声强传感器的有限差分近似误差、近场效应误差、相位不匹配误差与声源频率、测量面离声源的距离以及声强传感器两传声器间的间隔之间的关系。结果表明根据声源频率合理地选取参数可以减小声强传感器所带来的误差 ,从而为保证扫描声强法测量声源声功率测量准确度提供了依据。     

由矢量水听器阵列反演浅海地声参数

基于矢量水听器能够比传统的声压水听器提供更多的声场信息,文章提供了一种利用矢量水听器阵列（AVS）进行浅海地声参数反演的方法。首先,对声场矢量的传播规律进行了研究;其次,利用矢量匹配场（MFP）方法进行了海底声速的反演：最后利用声压和质点垂直振速的传播损失差反演了海底吸收。基于矢量水听器的海底参数反演方法主要具有下述优点：一是利用矢量匹配场反演海底声速能够有效减小参数估计误差：二是利用声场矢量传播损失差进行海底吸收反演能够排除信号源级起伏对反演的干扰。实验结果表明,基于矢量水听器阵列的海底参数反演能够很好的进行声场传播预报工作。     

Chan算法在海上声源定位测量中的应用

针对到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）体制下海上声源定位测量问题,研究了Chan算法在定位测量中的应用。建立了基于TDOA体制的海上声源被动定位模型,推导了Chan算法求解TDOA定位方程的步骤,采用了蒙特卡洛数值方法对Chan算法与初始值选择真值的泰勒（Taylor）级数展开法在不同阵元数条件下的定位精度进行了比较,得出了Chan算法在海上声源定位测量中应用条件及基阵布设原则。仿真结果表明,在一定条件下,Chan算法可应用于海上声源定位测量且定位精度较高,研究结果可为海上声源测量系统定位算法设计及基站布设提供参考依据。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

声场分解的均匀圆阵实值MUSIC算法

经典方位角估计算法中未考虑阵列安装支架对阵列接收信号的影响,实际中阵列安装支架必然会对阵列接收信号产生影响。以环绕在刚性球上的均匀圆阵为阵列模型。在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,探讨了存在刚性球形障碍物时的声源方位角估计问题。首先从声学理论出发,分析了刚性球体散射声场及声场分解,讨论了刚性球体对圆阵响应的影响;进而结合阵列信号处理技术,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源方位角估计。计算机仿真表明,该算法能较好地估计出空间多个声源的方位角,且计算量小,估计精度高,具有解相关声源的能力。     

基于图像处理器的传声器阵列实时声成像方法

为了解决传声器阵列用于声场分析时的精确且快速声成像的技术难题,提出了一种利用图像处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的通用计算技术实现快速声成像算法。可控响应功率算法是广泛应用的一种声源定位算法,但计算量巨大,阻碍了它在实际场合中的应用。通过将可控响应功率算法进行任务分解及线程映射,实现了利用计算统一设备架构实现的基于GPU的可控响应功率声源成像定位算法,在特定阵元通道数和信号长度情况下,与基于CPU的声源定位计算方法相比,综合计算效率提高了约20倍,并将其成功地应用于平面螺旋阵的声成像应用中,实现了实时声成像定位。     

声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法

针对方位依赖的声压基阵误差校正困难问题,提出了声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法。利用精确校正的单只矢量水听器,就可以对声源方位及方位依赖的声压基阵幅度相位误差,进行无模糊的联合估计。由于阵元位置误差、互耦及通道的幅度相位误差均可以等效为方位依赖的基阵幅度相位误差,所以可以对多种同时存在的基阵误差进行校正。该方法适用于任意的阵列结构,不存在参数联合估计的局部收敛问题,只需参数的一维搜索,运算量小可实时在线完成。通过计算机仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。     

爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失测量的影响

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损失进行了比较。结果表明,在不同声源深度和频率下,0.5 km的投放间隔能够很好地刻画出会聚区声场结构的精细特征;1 km的投放间隔基本满足对会聚区结构精细测量的要求;2 km的投放间隔能够测量到会聚区的大致结构,但可能出现对会聚区峰值结构的漏测或欠精确的会聚区增益。考虑到实际条件难以支持全测线0.5 km的投放间隔,建议对会聚区精细测量时,在可知会聚区范围的海域使用在会聚区0.5 km的投放间隔、在影区1 km的投放间隔;在未知海域使用全测线1 km的投放间隔;对了解会聚区大致结构的调查,使用2 km的投放间隔。     

声呐导流罩内声场特性研究

为研究机械激励下声呐导流罩壳内噪声预报问题,采用数值计算(有限元法-边界元法)结合实验的方法对一导流罩模型的壳内声场进行研究。首先依据实际导流罩模型建模,并加载机械激励进行数值计算,得到壳内声场的均方声压,然后进行湖内实验测量,最后对比了数值计算和实验的结果。研究表明:有限元法加间接边界元法是分析导流罩内声场这种封闭结构流-固-声耦合问题的有效方法;导流罩壳内声场的数值计算结果与实验测量结果吻合较好;声场均方声压与结构均方振速之比反映了罩壳结构内平均声场特性,可用来对比分析数值计算和实验的结果。