压差式矢量水听器指向性分析

0引言矢量水听器在复杂的水下环境中有突出的优势,在实际应用中变得更加广泛[1]。压差式矢量水听器在低频段工作时有指向性好和灵敏度高等优点,相对于同阵型矢量水听器压差式矢量水听器不用考虑悬挂方式带来的影响。但是在压差式矢量水听器的设计和实际应用中都要考虑其尺寸、工作频段和指向性性能之间的关系。     

矢量水听器低频绝对校准装置研究

提出了矢量水听器低频绝对校准装置。首先给出了矢量水听器绝对校准的原理,通过测量声源辐射面的加速度,利用驻波管中平面驻波声场中的声压、质点振速和质点加速度在垂直方向上的分布规律,得出了校准计算公式;之后对校准装置中平面驻波场在垂直方向上的分布规律进行了测量验证,并对测量用加速度计进行了校准;最后对待校矢量水听器的灵敏度和指向性进行了测试。结果表明:在10~315 Hz频带内,矢量水听器低频绝对校准装置在±1 d B误差允许范围内,可用于矢量水听器的绝对校准。     

基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器设计

根据介观压阻效应原理以及柱体声学理论,提出了一种基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器,期望利用量子阱薄膜材料的高灵敏度压阻效应以及水听器精巧的微结构,提高矢量水听器的灵敏度,实现水听器的低频特性及结构微小型化.首先概括地描述了介观压阻效应原理以及柱体声学理论;完成了水听器的结构设计;采用GaAs基微机械加工工艺完成了水听器的加工并对水听器进行了封装,最后对研制出的水听器的性能指标进行了测试,测试结果表明:纳机电矢量水听器不但体积小、质量轻、结构简单,而且能够获取水下声场的质点振动信息,具有"8字型"的指向性,可进行水下声信号的定位探测.     

矢量水听器校准装置的不确定度评定

本文介绍了矢量水听器校准装置的工作原理,系统组成及校准矢量水听器灵敏度和指向性的工作流程,并对该装置的不确定度进行分析评定。     

矢量水听器自动校准系统的研究及实现

研制的矢量水听器自动校准系统在水声计量领域具有重要的应用价值,能够实现低频范围内矢量水听器的自动校准。利用动态信号采集卡采集被测信号和标准水听器的输出信号,对驻波管内的声场分布进行了测量分析,对系统的测量不确定度进行了分析评定,对声压灵敏度进行了比对测试。该系统校准矢量水听器的扩展不确定度为1.6dB。     

光纤矢量水听器指向性锐化技术研究

1引言光纤水听器和矢量水听器是近些年来出现的新型水听器,与普通声压水听器相比,它们有着较为优越的性能[1],光纤矢量水听器则结合了二者的优势,有着更为广阔的应用前景,在本文中,我们分析了光纤矢量水听器的指向性并对其进行了海试实验验证。     

矢量水听器工程局限性剖析

重点研究了矢量水听器在工程应用方面的特点和局限性。首先给出了矢量水听器及其阵列的数学模型和它的性能特点;接着对矢量水听器和传统声压水听器在浮标/潜标平台、拖曳式平台以及水下航行器平台等应用情况下的性能进行了比较分析。结果表明,在浮标/潜标平台上,使用矢量水听器有利于低频时的目标探测,可以显著降低阵列孔径;而在拖曳阵及航行器等移动平台上,由于受流噪声、运动平台辐射噪声等因素的影响,矢量水听器的性能优势不易发挥。     

组合矢量水听器及其成阵技术研究

本文介绍了国内外矢量水听器及矢量阵的发展现状，并用刚体散射理论分析了同振柱形矢量水听器在声场中的工作方式，从测量原理、灵敏度、指向性等几个方面阐述了同振型组合矢量水听器的特征，最后以矢量线列阵为例，对组合矢量水听器的成阵技术作了一些研究，并给出了矢量线列阵样段的试验结果。     

潜标姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响

潜标系统作为一种矢量水听器水下工作安装平台,不可避免的姿态变化会引起矢量水听器各通道接收兴趣信号的起伏变化,致使目标方位估计结果偏离真实目标方向。理论推导分析了潜标体姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响,定量分析了矢量水听器目标方位估计与姿态变化周期(频率)的关系,并进一步讨论了与幅度及积分时间等的关系,如姿态幅度为40°时要方位估计误差小于5°,则积分时间至少要大于24s。研究结果对矢量水听器目标方位估计时的积分时间选取具有重要指导意义。     

稀疏矢量阵设计的模拟退火算法

对于均匀间隔线列阵,由采样定理可知,当阵元间距超过信号波长的一半时,指向性图会产生与目标等高的栅瓣。为了获得高分辨率,同时避免栅瓣出现,需要大量的传感器。为了减少设备复杂度,可以采用稀疏布阵技术,以较少的阵元获得较高的分辨力。将模拟退火算法应用到稀疏矢量水听器阵的设计中。通过优化阵元位置控制指向性图,可以获得无栅瓣的指向性图。给出了优化后的稀疏矢量阵与均匀间隔矢量阵的指向性图比较。     

单个矢量水听器空间处理增益分析

本文把单个矢量水听器看做传统意义上的一个声压阵,进行了常规波束形成和乘积波束形成.对照声压阵的阵增益形式,对单个矢量水听器的空间处理增益进行了理论上的分析.文中给出了白噪声背景下和球形各向同性噪声背景下单个矢量水听器的阵增益计算公式.理论分析表明,在一定的组合方式下,一个矢量水听器比一个声压水听器最大可有7.8dB的空间增益.可以形成单边指向性,克服水听器成阵后的左右模糊问题.这些都说明矢量水听器有极大的工程应用价值.     

球形障板对矢量水听器接收性能的影响

矢量水听器可以同步共点测量声场空间一点处的声压和质点振速的各个分量,因此其被广泛应用于水声测量、探测、通信等领域。矢量水听器在水声测量的应用中会受到安装载体散射声场的影响,而这种载体可以看作为障板,由于障板的存在使散射声场的分布发生改变,以及矢量水听器的接收性能下降。仅以绝对硬边界为例,对球形障板的散射声场进行了理论计算和仿真分析。并且对带障板条件下矢量水听器的接收指向性的变化进行了仿真研究。结果显示,从散射声场分布图可以直观看出声场发生的变化,矢量水听器的接收性能变化与障板的尺寸、与障板距离远近、声波发射频率等因素有关。     

开阔水域下换能器指向性实船校准方法研究

随着换能器谐振频率的降低,其尺寸一般会增大,现有的测量方法对其指向性的测量越来越困难,而且换能器在实船安装前后性能会发生变化。文章提出了一种基于三维立体水听器阵列的开阔水域下换能器指向性实船校准方法。利用超短基线定位和坐标转换确定待校准换能器与水听器阵列的位置与方向,并通过水听器阵的接收声压数据绘制换能器的指向性图。在湖上试验时分别使用标准测量法和实船校准法测量换能器的指向性,并对5 kHz和2.5 kHz频率下的实验数据进行对比分析,测试结果表明：-3 dB波束宽度误差分别为4.2%和7.4%,均满足水声测量误差低于10%的要求,证明了实船校准法的可行性和有效性。     

超短基线水下定位的关键技术分析

超短基线水下定位(USBL),是近年来发展很快的新技术,具有基阵和信标体积小,安装和应用方便等突出优点.本文在讨论五基元超短基线水下定位一般性原理的基础上,给出了水下定位解算的数学模型,重点介绍采用特殊的五基元"十"字形平面水听器阵技术和chirp脉冲信号串定位处理技术,分析了其对设备工作稳定性和定位精度的作用.     

双通道传递函数法测量矢量水听器自噪声

针对矢量水听器自噪声测量时受环境干扰严重的问题,提出了利用双通道传递函数法测量矢量水听器的自噪声。给出了双通道传递函数法降低环境干扰的原理;并通过实验手段分析了利用该方法测量时,环境背景噪声条件及水听器布放距离等因素对测量结果的影响。研究结果表明,利用双通道传递函数法测量矢量水听器的自噪声,可以有效降低环境背景噪声影响,得到更加准确的结果。该方法为准确测量矢量水听器的自噪声提供了有效的手段,为矢量水听器在远程探测领域的实际工程应用提供了测量基础。     

组合传感器在水声通信中的应用

1.引言 由于水下防卫和民用海洋开发日益增长的需求,水声通信在近几年得到了较快的发展.直到最近,分集接收和自适应处理技术一直是抵抗信道衰落的主要方法,但其效果并不理想[1].组合传感器(矢量水听器)的出现为解决这一问题提供了新的途径,与传统的声压水听器相比,组合传感收器可同时、共点测量声场中的声压和三个正交方向的振速信息,而且组合传感器具有与频率无关的自然指向性.本文提出了一种基于组合传感器的声压和振速联合处理的抗信道多途衰落的方法.仿真结果表明该方法可抑制信道衰落和降低误码率.     

5Hz~10kHz频率范围矢量水听器国际主导比对

利用VHS56、VHS90和KPG-10作为比对传递用矢量水听器,中国杭州应用声学研究所与俄罗斯VNIIFTRI开展了 5Hz～10kHz 频率范围矢量水听器校准国际比对。利用各自的自由场互易法和垂直驻波管比较法校准装置,校准了3只矢量水听器X、Y、Z通道的灵敏度。从校准结果看,一致性较好,174个频率点中,仅有一个频点的校准值与参考值的偏差略微超过参考扩展不确定度,绝大部分频率点的测量偏差都小于±0.5dB,检验和验证了中俄双方矢量水听器校准装置的准确性和可靠性。     

矢量水听器性能参数测试及分析

随着声呐探测系统性能和稳定性的不断提高,矢量水听器因能同时共点测量声波的声压和振速信息,已开始应用于声呐探测系统。为保障海上实验,设计制作了胶囊形三维压电同振式矢量水听器。依据比较法测量原理,分别在驻波声管和消声水池中,对矢量水听器的x、y、z和p通道的低频段和高频段进行了灵敏度和指向性测试。测试结果表明,该型矢量水听器灵敏度较高、指向性较好,能够满足海上实验的需求。     

双T型MEMS仿生矢量水听器的设计与测试

根据当前声纳系统的需求,以MEMS技术为依托,结合仿生原理、压阻原理,提出了一种双T型矢量水听器。在分析T型梁结构力学特性的基础上,详细介绍了两种不同尺寸微结构的设计、加工和测试。采用ANSYS软件仿真,得出两种微结构的谐振频率分别为1993.3Hz和10.17KHz;利用MEMS加工工艺加工出水听器微结构并对水听器进行了封装;采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明两种结构的双“T”型矢量水听器灵敏度达到-180dB 和 -192dB (1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有良好的“8”指向性,矢量特性明显,动态范围为90.48dB(315Hz)。     

某水下平台水听器的指向性计算与水池测试

0引言在水声工程应用中,水听器往往需安装于不同的水下平台,而平台的遮挡、反射、吸收等会影响其指向性开角,是声纳系统设计中不可忽视的重要因素之一。对水听器在平台的不同安装位置、不同频率下的指向性开角进行建模分析,对平台总体设计、声学性能指标的实现等具有重要的参考价值。本文针对一定口径的水下标体平台,基于射线声学