两种声学阵列的定向精度分析与仿真

声学阵列设计在直升机被动声定位中具有十分重要的意义。本文给出了四阵元十字阵和五阵元十字阵的目标定位方程,分析了其定向精度,并就直升机被动声定向进行了计算机仿真。结果表明,五元十字阵的性能要优于四元十字阵。     

星形立体传声器阵列设计与应用

研究了星形立体传声器阵列。利用粒子群优化算法对每条直线上的阵元进行优化排布,获得了具有较好指向性和较低旁瓣级的阵列阵型。基于优化得到的阵列阵型进行了星形立体传声器阵列的机械结构设计,设计的阵列主体能实现自如地折叠,便于包装和运输。研制了基于这种阵列阵型的声成像定位系统,通过数据仿真分析体现出优化设计阵型的优越性,同时通过实验验证了研制的声成像系统在声源定位中的有效性。     

被动声定位算法及误差分析

本文主要以任意四元非平面阵为基础建立了六几阵的被动定位阵型,研究和分析了六兀阵的空间定向性能,并详细分析了由六元阵的阵形误差所引起的定位误差,针对这种阵列的误差进行分析与仿真,最后,从仿真结果来分析该模型的定位性能。     

任意四元非平面阵的定向性能分析

定向精度是被动声纳系统重要技术指标,合理的阵结构可以提高其定向性能。建立空间任意四元阵模型,利用矩阵变换推导出定向的最小二乘解并从理论上给出方位角估计的误差公式,求得方位角估计方差的均值最小和不受方位角影响应满足的条件。借助计算机仿真给出俯仰角的估计误差的定性分析。最后得到空间四元阵在满足一定的空间结构时具有最佳的定向性能,为四元阵设计提供了参考依据。     

麦克风基阵结构的噪声源识别性能研究

为更好地应用麦克风阵列识别噪声源位置,本文针对多种不同基阵结构的噪声源识别性能展开研究.基于"延时-累加"波束形成原理建立了平面任意麦克风基阵结构的数学计算模型,并给出了麦克风基阵声源定位的通用计算方程组;分别推导分析了二元、三元及四元基阵的定位算法公式,并对三元基阵给出了其矩阵解.分析比较不同类型的麦克风基阵结构对噪声源的识别性能影响.通过建立由不同形式基阵构成的同等规模小型麦克风阵列,进行噪声源识别对比测试,最终的测试结果验证了本文所提出模型及算法的可靠性,并得出由正三元基阵构成的麦克风阵列结构具有较好的噪声源识别性能的结论.     

小基阵对空中声源的定位误差的理论分析

1.引言 在空气声阵列定位技术中,有多种阵型,西方国家广泛采用的对运动目标的定位的小基阵多采用平面正三角型阵(美国HORNET)、平面正四方形阵(美国ADAS)、正四面体阵(瑞典)、五元圆阵、及不规则平面阵等.各种传声器阵列均可以看成是线阵的组合.为此,人们可以从线阵的定位原理出发分析复杂阵型的定位算法,从而建立精确的定位模型.对于固定线阵列来说,阵只能对阵列所在直线为界的半个平面进行定位,否则没有唯一解.对线阵进行组合,构成面阵,就可以对空间目标进行定位.对于低空、超低空飞行的直升机或地面行驶的坦克目标,用平面阵可定位.     

基于传声器阵列的汽车鸣笛声定位算法及实现

针对违章鸣笛车辆的锁定问题,本文提出了一种基于传声器阵列空间搜索法的三维空间声源定位算法。设计计算机仿真实验,分析并确定了阵列的传声器个数。通过广义互相关方法估计传声器阵列中任意两个传声器的相对时延,然后结合估计得到的时延,采用基于5传声器阵列的空间搜索法计算得到声源空间位置。为验证算法的可行性,实际构建三维空间的点声源定位系统,进行实车定位实验。实验结果表明提出的算法可以有效地定位汽车鸣笛声。     

宽容自适应波束形成在矢量阵上的应用

矢量水听器由声压和振速水听器复合而成,可以共点同步测量声场中的声压与振速。相对于声压阵,使用矢量阵能在大部分观测区域实现无模糊定向,突破半波阵限制,扩展阵列孔径。当导向矢量精确已知和观测数据充分时,MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)的分辨率和抑制干扰能力都优于常规波束形成(CBF)。在实际应用中,导向矢量存在误差或者时变,MVDR的性能严重恶化。RCB(Robust Capon Beamforming)是最近出现的一种宽容自适应波束形成算法,该算法直接对导向矢量进行估计作波束形成,从而有效避免了因导向矢量失配性能下降。推导了秩亏情况下的RCB,将其应用到矢量阵,海试结果表明了该方法的有效性。     

基于平面传声器阵列的声源定位系统

对阵列的特性进行了研究,并提出了一种优化的64阵元平面螺旋阵列。这种64阵元平面螺旋阵列的阵元分布在以阵列中心为轴心的8条螺旋上,并且具有较窄的主瓣宽度和较低的旁瓣级。基于这种优化的阵型,研制了一种声源定位系统。研究分析了该阵列的探测性能,并通过实验数据对该声源定位系统的性能指标作了验证和评估。利用波束形成算法进行声源定位,通过仿真和实验分析,证明了这种阵型优化的阵列在声源定位应用中的有效性。     

混凝土结构健康检测的声发射圆阵波束形成仿真分析

采用了声发射(Acoustic Emission,AE)均匀圆阵并分析其波束形成特性,通过仿真分析了阵元数目及声发射模拟信号频率的变化对波束模式的影响.结果表明,当频率不变,阵元数目为4~32时,随着阵元数目的增加,角分辨率保持不变,最高旁瓣降低,可达-8 dB左右.混凝土结构内部缺陷声发射信号的超声频段一般在25~200 kHz,当阵元数目不变时,随着频率的升高,角分辨率随之升高,最高旁瓣也随之增大.另外,文中提出如何设计一个性能相对稳定的阵列,并通过从噪声信号中提取有用信号的实例说明声发射均匀圆阵空间匹配滤波性能.     

六元探测基阵被动声定位算法及其性能研究

通过对目前常用的空间声目标定位方法的分析,针对四元平面方阵定距精度差的问题,提出了立体六元探测基阵的传感器布置方案,即在四元平面方阵的基础上,增加两个声传感器。根据被动声定位原理推导了定位算法,分析了时延估计误差对定位精度的影响,并进行了数字仿真实验,与四元平面方阵相比取得了较好的定位效果。     

锁定放大技术在参量接收阵中的应用

为抑制泵波影响,提取参量接收阵中的微弱差频信号,根据微弱信号探测原理,设计了一个基于锁定放大技术的参量接收阵系统。简要介绍了参量接收阵原理,详细描述了锁定放大技术,以及所设计的参量接收阵系统的工作过程,给出泵波比差频高130 dB时的仿真数据。结果表明,采用锁定放大技术后的参量接收阵系统可对接收的差频信号优化约5 dB。     

基于MUSIC算法的近场空速估计

研究了基于声矢量传感器阵列的近场空速估计问题。首先,在声矢量传感器近场阵列输出模型的基础上,考虑声波在连续、均匀稳定气流中的传播原理,构建了稳定气流作用下近场质点振速测量模型,模型导向矢量中包含了待估计的空速信息。在此基础上,提出了一种近场空速估计的MUSIC算法,为评价算法估计性能,推导了空速估计的克拉美-罗界表达式。仿真实验验证了算法的有效性。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

用双直角三角形阵对声目标定位的研究

文章对目前常采用的定位方法进行了分析。提出了用双直角三角形阵对声目标进行定位。该方法采用虚拟传声器技术，用较少的传声器能达到主-从式正四方形阵的定位效果，从而解决了单四方形阵不能远距离定位的问题，通过仿真计算给出了各种误差对测向和测距精度的影响曲线，结果表明，该方法具有较好的定位性能。     

Acoustic emission location on aluminum alloy structure by using FBG sensors and PSO method

Acoustic emission location is important for finding the structural crack and ensuring the structural safety. In this paper, an acoustic emission location method by using fiber Bragg grating (FBG) sensors and particle swarm optimization (PSO) algorithm were investigated. Four FBG sensors were used to form a sensing network to detect the acoustic emission signals. According to the signals, the quadrilateral array location equations were established. By analyzing the acoustic emission signal propagation characteristics, the solution of location equations was converted to an optimization problem. Thus, acoustic emission location can be achieved by using an improved PSO algorithm, which was realized by using the information fusion of multiple standards PSO, to solve the optimization problem. Finally, acoustic emission location system was established and verified on an aluminum alloy plate. The experimental results showed that the average location error was 0.010 m. This paper provided a reliable method for aluminum alloy structural acoustic emission location.     

轴对称声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法及应用

在轴对称结构有限元和轴对称Helmholtz积分方程的基础上,建立了轴对称弹性结构构声振耦合的边界 子波谱有限元耦合方法,该方法能处理任意边界条件。采用提出的耦合方法研究了含有壳、肋、板复杂结构的水下航行 器的声辐射,给出了轴对称圆环肋的刚度矩阵和质量矩阵。进行了声振耦合的模态分析,研究了航行器的轴向激励、侧 向激励的声辐射;计算了0～2kHz的频率响应。结果对水下航行器的研究设计有一定的参考价值。     

Application of the concept of acoustic influence coefficients for the optimization of a vehicle roof

To improve the acoustic behaviour of vehicles is an increasing challenge for every car manufacturer. The sound pressure at the drivers ear due to an arbitrary excitation of the structure can be calculated by a harmonic analysis first of the structure and then of the fluid. Using the concept of influence coefficients one has to carry out the harmonic analysis of the fluid only once to determine the sound pressure at the drivers ear. If the influence coefficients are available one has to solve an easy algebraic relation instead of a full harmonic analysis. This requires that geometry modifications are small compared with the acoustic wave lengths. So, the computational expenditure is mainly confined to the harmonic analysis of the structure. In this paper, the principal way of carrying out an optimization of a vehicle body is presented for the example of a vehicle roof. The parametric geometry based model of the roof is time harmonically excited. All other parts of the body are considered to remain rigid. Admittance boundary conditions are included. Results are presented for different loads and frequency domains, for limited and for unlimited permissible variations of the geometry and for different modal dampings.     

座底式长基线水声跟踪系统校阵方法研究

为了解决座底式长基线水声跟踪系统的高效校阵问题,结合工程项目实际提出一种智能化分组并行校阵方法。该方法利用水下基阵布阵施工时获得的水声及差分全球定位系统(Differential Global Positioning System,DGPS)测量数据为基准,在校阵试验中采用多个水下基阵分组并行校阵的快捷方式,根据自动反馈的测量数据进行校阵误差收敛测量,当满足事先设定的校准误差后,获得水下基阵的精确位置信息,同时完成多个水下基阵的阵型校准。最后,在某水域采用跑船试验的方式进行验证。长基线系统测量的船只航行轨迹与DGPS轨迹重合性好,证明该方法具有智能化程度高、测量精度高、测阵效率及经济性好等优点,具有较高的军事及民用价值。