浅海波导中垂直时反线阵聚焦研究

在浅海波导中,垂直阵可以跨越整个波导,并能对大多数简正波模态进行精确采样.在给定声源及海洋环境信息的条件下,通过MOATL简正波模型仿真计算出到达垂直时反阵位置处的波形,即垂直时反阵的接收信号,将接收信号时间上取反,通过以KRAKEN简正波模型计算得出的返回声信道,在声源处取得了较好的聚焦效果.并分析了垂直阵基元数、基...     

探测高速小目标的声纳信号波形设计

针对用主动声纳探测水下高速运动的小目标存在的主要干扰,海面,海底混响和接收信号的起伏,讨论了宜采用的声纳信号形式,在混响信道中,对高多普勒目标采用加窗的长ＣＷ脉冲是合适的,而根据多途信道中回波存在的起伏的特点,需要采用多频脉冲,最后给出了用探测高速小目标的声纳最佳发射信号形式和频率编码方案。     

两种水下目标深度估计方法的误差分析

在浅海水声信道的基础上．介绍了多途环境下两种单基元水下目标深度估计方法。通过分析目标距离、水听器深度等参数对估计方法的影响,得到了两种简化的深度计算方法,给出了它们的适用条件。并通过仿真验证了理论分析结果。     

宽带多途信号仿真

文章介绍宽带多途信号软件仿真的实现方法。通过设计一个FIR滤波器拟合指定的目标信号功率谱,产生水下目标辐射噪声信号;再结合多途海洋信道模型,得到经过多途信道传输的接收信号。该方法实现简单,可以仿真具有一定频谱特性的水下运动目标的接收信号。所产生的仿真信号可用于声纳信号处理等方面的研究工作。     

信道多途对定位系统时延估计的影响及抑制

基于水下声信道的特性,分析了界面反射对信号检测和时延估计的影响,论证了直达声和海面一次反射声时延差的变化规律。根据两信号叠加的特点,对常规的信号处理方法进行了改进。经仿真验证,改进的方法可提高“边沿”信号的检测能力,避免时延估计值的“跳变”现象,有效减小多途影响。     

浅海多途效应对解调谱的影响分析研究

解调谱是反映目标螺旋桨信息的重要特征,理论分析了浅海多途效应对目标解调谱特征的影响,利用简正波理论对浅海声信道建模,仿真分析了不同海洋环境参数及不同调制频率下多途效应对目标解调谱调制深度的影响。     

多途效应影响被动定位时延估计精度的分析研究

在一定距离范围内,采用大孔径柔性阵对目标进行精确定位,采用的定位算法主要是基于时延估计的球面内插算法。为了提高球面内插定位的精度,采用了时延跟踪的方法来改善时延估计的性能,并在实验的基础上分析验证了多途效应对信号间相关性的影响。     

基于双信号对比法的水声信号重构技术

针对水声信道的多途干扰问题,提出了一种适合同态系统的信号重构方法。从同态滤波技术的解卷积特性出发,推导了水声多途信道的复倒谱表达式,对比不同地点或不同时刻接收信号的倒谱特征,通过提取相似性高的成分,实现了基于双信号对比法的水声信号重构技术。仿真和试验数据处理结果验证了方法的有效性,且性能优于常规特征滤波器。     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

深海海洋环境噪声垂直相关性研究

海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,其空间结构特性是影响水声系统的重要因素之一。在风成海洋环境噪声波数积分模型的基础上,对深海噪声场的垂直相关性进行了研究。通过数值仿真讨论了深海环境下,海底声速、衰减系数、海面噪声源深度及接收器深度对均匀分布于海面附近的噪声源的垂直相关性的影响。仿真结果表明:噪声场的垂直相关随海底声速、衰减系数和接收器的绝对深度的变化较小;高频噪声的垂直相关性对噪声源的深度较敏感,低频噪声的垂直相关性受噪声源深度的影响几乎可以忽略。在此基础上,分析了某次海试噪声数据,并结合数值计算结果对实验测得噪声数据的垂直相关性进行了合理的解释。     

介质扰动对声波的调制效应-参量接收阵及其他

文章从Lighthill方程出发,对介质扰动产生声传播非线性效应的国内、外研究情况进行了综述性介绍,重点介绍声波在被声场中同时存在的另一声波所扰动的介质中传播而产生的所谓“声散射声”现象,特别是由此而衍生的参量接收阵的理论、试验以及应用情况。绝大多数关于参量接收阵的理论和实验研究,都是着眼于其在小的径向(垂直于声传播方向)孔径条件下实现低频窄波束接收的特性,但这篇文章主要关注利用参量接收阵实现低频高增益接收的理论和试验研究;除重点介绍了国内、外的试验情况外,还特别关注将参量接收阵进行工程应用时面临的关键技术难点以及可能的解决思路。此外,文章还针对另一种介质扰动对声传播的调制效应,即“流散射声”,以及国外与此有关的工程应用、特别是苏联进行的号称超远程探潜应用进行了介绍和分析。     

空间相关性对水声多输入多输出系统信道容量的影响

通过三维多径相关模型,以垂直收发阵为例研究了信道参数如声线角度扩展范围、到达方向和收发阵元间距对水声MIMO信道容量的影响。如果考虑静止的收发阵,且不考虑信道中散射体的运动时,MIMO系统的信道容量由收发阵元信号的空间相关性决定,当空间相关性较小时,增加收发阵元数可以带来较大的信道容量增益,而当空间相关性较大时,随着收发阵元数的增加信道容量将趋于饱和。     

舰船尾流侧向声检测方法

舰船尾流声检测是水下航行体实现自动搜索、跟踪、攻击水面舰艇目标的最有效途径之一,当前工程应用和相关研究主要集中于从尾流下方实施的顶视声尾流检测方法.为了进一步研究水下航行体新型尾流检测技术,提高尾流自导性能及抗干扰能力,研究了舰船尾流的侧向声散射检测方法.分析了舰船尾流的几何特性和声特性,进行了实验室模拟尾流的气幕声散...     

薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

超声切削加工的声系统阻抗匹配问题研究

匹配电路作为超声发生器的电系统与声系统的传输纽带,其设计的好坏决定了整个超声加工系统的工作性能。基于实验,分析了匹配电路元件的不同连接方式对声系统性能的影响;提出了基于最小功率点与能量传输效率综合最优的匹配方式与原则,并验证了此种匹配方式能大幅提升切削加工的稳定性。为同类超声加工工艺的匹配电路参数的选取和声系统性能优化提供了依据。     

船载水声定位系统自动校准技术研究

在分析常规水声定位系统校准方法的基础上,结合某型船载水声定位系统的工程研制,提出了一种自动校准方法。该方法无需常规的动态或静态校准,可在每次系统安装完成后自动检测及校准。利用基阵中心位置的发射换能器以及船只固定连接杆入水端的发射换能器依次发射校准声信号,将获得的水声定位坐标与上述两个发射换能器固定对应的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)天线坐标进行平移和偏转,获得偏移参数矩阵,实现系统校准。某水域的跑船试验验证结果表明,利用该自动校准方法可在两分钟内完成全部自检及校准工作,并且水声定位轨迹与跑船GPS轨迹重合较好,具有校准效率高、测量精度高等优点。     

水下声信标信号的多脉冲匹配滤波改进方法

水下声信标信号检测是搜寻黑匣子的重要技术之一。针对水下声信标信号声源级低、脉冲宽度窄所带来的检测难题,充分利用声信标信号周期短、相邻脉冲信号相关性强等特点,提出了一种基于多脉冲积分的改进匹配滤波方法,通过前后脉冲匹配方法克服标准信号匹配处理中因信号畸变带来的匹配处理增益下降,通过多脉冲累积提高积分增益。通过仿真实验验证,当取多脉冲累积数为6时,在理想白噪声环境下,所提改进方法比传统单脉冲匹配滤波检测性能提高约4 dB,特别是在存在明显多普勒影响下,传统方法适应性下降,所提改进方法有9 dB的性能提高。通过对湖上实验数据的处理也验证了所提方法的有效性。     

哈特曼发声器阵列的声学特性研究

论文采用FW-H声模拟法,对入口气压分别为3.12、4.12、5.12、6.12、7.12和8.12 atm的哈特曼发声器阵列的声场声学性能进行了数值计算。对声场声强进行了非线性回归分析,得出了声场的声强经验公式。并对回归进行方差分析和F分布检验,分析结果显示,置信水平可以达到10-4,回归水平显著,经验公式的可信度很高。论文结论对哈特曼发声器阵列的应用具有重要的指导意义。     

阵列测量中的卡尔曼滤波器算法

针对经典波束形成算法不具备实时性、占用存储空间大、计算速度慢等缺点,提出了基于卡尔曼滤波器的算法。这种算法将信号处理领域中现有的卡尔曼滤波器理论与阵列信号处理过程相结合,在频域内对声学阵列所采集到的数据进行迭代处理,不仅能够及时发现风洞测量中存在的各种问题,而且可以实时消除由测量环境所引起的各种误差。仿真结果表明,这种算法比经典波束形成算法收敛速度更快,不仅成像效果很好,而且能够对低速运动声源进行定位。此算法具备实时性,为风洞声源的实时定位提供了重要的算法选择。