海深变化环境下目标距离测定

垂直阵接收到可以在时间上区分的引导声源信号和未知声源信号,通过对已知引导声源信号和未知声源信号进行相关比较,结合波导不变量β构建水平虚拟接收阵,可以对海底水平变化环境下目标声源进行距离测定。在宽带接收的情况下,只需要很少的环境信息就能对目标进行测距,与传统的匹配场处理相比,不需要复杂的声场建模和计算,而且降低了对环境参数信息的获取要求,体现了环境自适应信号处理。首先介绍虚拟接收的原理和方法,通过数值模拟和2004年实验数据分析,利用引导声源可对其它声源进行距离测定,误差在10%左右。     

基于深海会聚区声强匹配处理的声源定位方法

匹配场处理技术(Matched Field Processing MFP)近年来在声源被动定位、海洋环境声学参数反演等方面得到广泛的应用。根据深海声道中声场的会聚现象,提出了一种基于深海会聚区声强匹配处理(Matched Convergence Intensity Processing,MCIP)的深海声源定位方法。当声源和接收水听器处在会聚区深度范围内时,MCIP方法利用单个水听器即可实现声源距离和声源深度估计。对单个水听器的实测信号进行相位补偿到会聚区距离上,得到实测场声强,与拷贝场会聚区声强进行相关计算并搜索峰值来确定声源位置。数值仿真实验验证了MCIP方法,并分析了环境失配情况下MCIP的估计性能。     

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...     

时间反转在列车转向架声发射源定位中的应用

针对高速列车转向架的动态检测提出一种新的损伤声源定位方法,采用声发射检测技术对转向架易损伤的焊接部位进行时间反转定位方法研究。首先利用有限元软件建立转向架焊接部位结构有限元模型;然后在模型上模拟发出一个声发射损伤信号,通过预置的声发射传感器接收声发射源信号;最后根据时间反转聚焦原理对接收信号进行处理,并通过检测区域成像,确定损伤声发射源的准确位置。数值仿真实验结果表明:该定位方法能够准确定位声源位置,定位结果比常规四点圆弧法更精确。     

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。     

水平阵匹配场定位技术研究

本文利用数值仿真及实验数据对水平阵匹配场定位技术进行了研究,并讨论了水平阵长度、水平阵阵元间隔等参数对水平阵匹配场定位结果的影响.数值计算与实验结果表明,对于具有一定长度的水平阵可以利用匹配场定位技术对目标进行较准确的定位.     

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。     

距离依赖的声速场反演与运动声源的跟踪定位

借助运动声源位置的时变性,利用具有时空变化特性的声速剖面在一定条件下可近似建模为经验正交函数系数随时间/距离演化的特点,提出一种运动声源参数与声速场参数联合估计的方法,解决距离依赖浅海海域快变声速场反演问题。该方法采用扩展卡尔曼滤波和集合卡尔曼滤波算法在重构真实声速场的同时对运动声源进行跟踪定位。仿真结果和实测数据验证了算法的有效性,并对两种非线性算法进行了对比。研究表明:集合卡尔曼滤波表现出较优越的估计性能,即使在接收阵元数目减少的局限条件下,仍然能够很好的估计出移动声源的位置和声速参数在时间/距离维度上的演化轨迹。该方法对研究动态海洋参数反演和观测系统的布设具有一定的参考意义。     

基于多分量信号分析的微地震声源定位基础研究

当今世界上对油气田增产以及非常规油气田开发时,应用最广泛最有效的石油工程技术方法是水力压裂。评价水力压裂效果的最成功的方法是微地震监测。国内目前在这方面仍处于起步阶段。通过数值模拟方法,研究不同位置的压裂导致微地震源产生的弹性波场特征,采用相邻井中二分量接收信号进行微地震源反演模拟研究。结合纵波横波的传播时间以及偏振特性等信息,追踪微地震波传播路径,计算声源位置,确定压裂裂缝的前沿,从而达到评估压裂效果的目的。数值模拟结果表明,该方法在微地震监测的声源定位方面有较高的精确度,在微地震监测的反演中有一定的借鉴意义。     

阵间模基处理被动定位技术研究

随着目标声源级不断减小、环境噪声级不断增大,常规的基于单节点的被动定位方式已经不能满足声纳探测的需求,因此提出一种新的将网络化探测系统和模基处理技术相结合的被动定位方法,可以从空间不同角度对目标进行观察并充分利用环境声场的复杂性对目标进行定位。模基处理方法主要有匹配场处理、匹配模处理等,以匹配场处理为例进行分析,将常规波束形成(Conventional Beamforming, CBF)、自适应波束形成(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)两种匹配场处理器和阵间相干、非相干信号处理方法相结合进行仿真,对单阵和多阵、MVDR和CBF、相干处理和非相干处理、宽带和窄带之间的定位性能进行了对比。仿真结果显示,基于多节点的阵间模基相干处理方式在定位性能上明显优于单节点的模基处理结果。     

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.     

利用波导不变性概念实现声源定位的实验研究

本文利用波导不变性概念对Bartlett匹配场处理器距离-频率模糊度表面上旁瓣轨迹所包含的声源位置信息进行了理论分析,并结合计算机仿真以及某次海试数据进行了旁瓣结构定位技术的验证.浅水波导中,波导不变量β能够表征声场中干涉图像和色散特性这类最重要的声场相干特征,并可以反演声源的位置信息.Bartlett匹配场处理器距离-频率模糊度表面上呈现出的若干条连续的旁瓣结构是波导不变性特征的直接表现.仿真研究和海试数据分析表明,利用旁瓣结构进行声源定位较之利用主瓣结构进行声源定位具有更好的宽容性.     

接收声基阵相位一致性校准研究

现代声纳系统中普遍采用由多个阵元组成的基阵接收信号并进行处理.在基阵的实际应用中,阵元的相位一致性是一项重要技术参数,研究基阵的相位校准方法用于相位补偿有重要的理论意义.文中主要研究了一种基于非线性最小二乘估计的相位一致性校准方法,此校准方法无需知道确切的声源位置,可在不满足远场条件的实验环境中进行,且适用于任意需要测量阵元间相位一致性的面阵或线阵.通过MATLAB对一均匀线阵进行了仿真,验证了此算法估计相位一致性和声源位置的有效性,最后应用此校准方法在水池中对一均匀线阵进行了验证性的实验,再次验证它的有效性与可行性.     

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。     

空气中脉冲声源定位的误差分析

简要介绍了用传声器阵列对空气中脉冲声源定位试验的结果,对可能的误差因素进行分析. 1、定位方法 本项目中采用多个传声器组成阵列,接收脉冲声源产生的脉冲声信号,根据到达各个传声器的时间差确定声源的位置坐标.     

浅海倾斜海底声场空间相关性研究

针对浅海倾斜海底海洋环境,对声场的空间相关性进行了研究。利用抛物方程法,对浅海声场的空间相关系数进行数值模拟,并结合2001年东中国海中美联合实验数据,分析了声场空间相关系数与海底倾斜角度、接收阵元与参考阵元的间隔、参考阵元深度及声源深度之间的关系。对于上坡海底,浅海声场空间相关性随着海底倾斜角度、接收阵元与参考阵元间隔的变大而变弱,且垂直相关系数随着接收阵元与参考阵元间隔的增大,先衰减再出现起伏。     

基于插值矩阵技术与二维空间平滑法的近场相干声源识别研究

在研究插值矩阵技术与二维空间平滑法两种方法的基础上,将两者进行结合,提出了一种对近场相干声源进行识别的方法。首先通过插值矩阵技术把实际阵列接收到的近场信号转换为形式上的远场信号,然后通过二维空间平滑法求出阵列的平滑协方差矩阵,再由平滑协方差矩阵得到给定方向向量对应的信号功率,实现二维相干声源的识别。算例表明,该方法比传统的波束形成能更准确地定位出声源的位置。     

基于倒谱的匹配场被动定位研究

在对仿真的多径信道的水听器接收信号作倒谱处理获得时延谱结构的基础上,研究了对接收信号的倒谱与拷贝场的倒谱作匹配处理以求达到目标的被动定位的方法。     

基于声压幅度比的多声源分离定位决策研究

利用声压幅度比模型,提出了一种基于声压幅度比的多声源分离定位方法,该方法利用盲信号分离算法实现混合声源信号的分离,根据谱估计的相似度确定接收信号中各声源的分配情况,结合幅度差异因子获得传感器的声源信号分布,再通过单声源的声压幅度比模型确定声源位置,实现多声源定位。由于盲信号分离算法比较成熟,且实际中的声源信号大多为非高斯,因而满足盲信号分离条件。该方法具有实用强、应用性广等特点,对其它分离、定位问题也有借鉴作用。     

相位共轭方法的声源定位分辨率研究

相位共轭方法可实现声波的反向传播和自适应聚焦,可用于声源定位。基于有限阵元平面阵列和球面阵列使用数值方法对相位共轭方法的定位分辨率进行了研究,研究了相位共轭阵列的形式及阵列与声源间距和声源定位分辨率的关系,还研究了在声源处设置声汇对噪声源定位分辨率的影响。数值结果表明:只有在近场测量声压梯度并使用偶极子源的相位共轭才能突破声波衍射极限分辨率;平面阵列距离点声源的距离越远分辨率越低,闭合球面阵列的分辨率不随阵列距离点声源距离的改变而改变;使用声汇后基于非近场测量也能突破声波衍射极限分辨率。