基于潜标的海洋环境噪声测量系统

对海洋环境噪声测量系统技术进行了研究,设计和实现了一种基于潜标的海洋环境噪声测量系统,并进行了海上试验.该系统采用潜标的布放方式,利用矢量水听器测量浅海海洋环境噪声场的低频噪声.矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速三个正交分量, 测量信号经预处理后,对信号进行数模变换,得到的噪声数据可以在潜标中自记录或通过水面浮标传输到岸站存储.对噪声测量方法进行的分析和海上试验的结果表明,该系统稳定可靠,能正确地拾取海洋环境噪声.     

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。     

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。     

矢量拖曳式线列阵声呐流噪声影响初探

研究矢量拖曳式线列阵声呐护套管内的流噪声场。根据湍流边界层脉动压力谱的Corcos模型,采用频率-波数域上的二维谱方法,分析了流噪声对矢量拖曳式线列阵声呐的影响。给出了护套管内流噪声场声压和质点声振速的一般表达式,并由波数积分法得到护套管内点接收器、有限几何尺寸水听器和水听器阵列输出的流噪声各分量的功率谱。数值结果表明,矢量拖曳式线列阵声呐对流噪声的轴向分量十分敏感,在流噪声控制背景下,矢量阵的工作性能将退化为常规阵。     

浮标水声信号中海浪声的分离方法研究

针对浮标系统测量的水声信号开展研究,使用信号处理的方法对水听器信号中的海浪声成份进行分离。首先对于16路水听器的浮标水声信号,依据采样频率、采样时间等参数将水听器采集到的原始数字信号转换成音频信号,利用人耳区别水听器信号中的各种噪声成份;然后在时域内,从原始水听器信号中截取各种噪声时段进行频谱分析,得到它们的特征频率;最后设计合理的数字滤波器进行去噪处理。试验结果表明水听器信号中海浪声成份得到有效抑制。     

ESPRIT方法在矢量水听器多目标方位估计中的应用

利用矢量水听器的特点，将ESPRIT方法应用于矢量水听器的方位估计算法中。该算法用单矢量水听器，在无需知道信号先验信息的条件下，可以实现对多个不相关单色信号的入射角估计，并且不受频率方位模糊问题的影响。与声压传感器组成的阵列相比，在相当的阵列尺寸和计算复杂度的条件下，可大大提高估计性能。     

矢量拖曳阵水听器流噪声探讨

拖曳阵声纳的左右舷模糊是实际应用中需要解决的问题。采用矢量水听器可以较好地解决此问题。采用波数．频率谱方法讨论同振柱形矢量水听器的流噪声。根据圆柱套管外壁湍流边界层的特点和同振柱形矢量水听器的工作原理，导出矢量水听器的声压通道和振速通道的噪声功率谱。通过数值积分法估计了流噪声功率谱与护套尺寸、水听器尺寸和拖曳速度等参数的关系。针对同振柱形矢量水听器的特点，所得结果有实际参考价值。     

单矢量水听器方位频率联合估计新方法

旋转不变子空间法和多重信号分类法需假设背景噪声为独立的高斯白噪声或自相关矩阵已知,当条件不满足时算法的性能急剧下降。针对这一问题,根据矢量水听器多通道输出的特点,提出了一种基于平行因子模型的单矢量水听器方位频率联合估计方法。首先利用矢量水听器各个通道t时刻和t+1时刻的输出数据,计算声压和各振速不同组合时的四阶累积量,并构建三阶平行因子模型;然后分析了 PARAFAC 模型低秩分解的唯一性条件并利用三线性交替最小二乘算法得到了单矢量水听器阵列流形和相位延迟估计,进而得到目标的方位和频率估计。与旋转不变子空间法和多重信号分类法相比,该方法不需要子空间估计和谱峰搜索,在高斯噪声和拉普拉斯噪声背景下对多目标的分辨能力好于ESPRIT算法。仿真和实测数据的分析结果证明了算法的有效性。     

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。     

单光纤矢量水听器的浅海环境噪声指向性研究

0引言海洋环境噪声的指向性不仅是海洋环境噪声的重要特性,也是影响水听器阵列增益的重要因素。20世纪60～70年代,许多实验使用大规模拖曳阵或沉底阵测量了不同海域的海洋环境噪声场的指向性和谱特性。单个光纤矢量水听器可以共点测量声场的声压和三个正交的加速度分量,可以认为是共点的标量阵列。本文通过矢量波束形成方法,对浅海环境噪声场进行了水平指向性和垂直指向性的估计,并分析了降雨对噪声场指向性的影响。     

波浪滑翔器声学应用分析

波浪滑翔器作为一种跨界面无人自主航行器具有独特的优势,既可以作为水下与水面通信的中继节点,又可以搭载观测设备在大洋上长期自主航行,实现长时序、大范围观测。利用波浪滑翔器搭载声学负载组成声学探测节点,由多个节点按一定的轨迹运行组成特殊接收阵型可以提高水下目标检测概率。文章利用波浪滑翔器搭载自容式水听器在青岛近海开展了海上试验,评估了波浪滑翔器的本体噪声特性,验证了其搭载声学负载的可行性。试验过程记录了环境噪声、波浪滑翔器运行过程中产生的自噪声以及附近海域的哺乳动物的声信号。通过分析波浪滑翔器运行原理以及岸上实际模拟,给出了波浪滑翔器不同本体噪声产生的机理,在此基础上给出了消除波浪滑翔器机械噪声的建议,并给出了合理的声学负载拖曳方案。     

一种基于矢量拖曳阵的拖船干扰抵消算法

拖曳阵中的拖船干扰常常是限制目标的观测范围和检测性能的重要因素之一。在浅海环境中,由于拖船干扰存在严重的多途效应,采用传统的自适应干扰抵消方法,效果并不理想。为了抵消矢量拖曳阵的拖船干扰,利用矢量拖曳阵中振速通道正交于阵艏的分量对拖船干扰不敏感的特点,提出一种基于矢量阵的拖船干扰抵消算法。该算法抗多途干扰效果好,可以有效地抑制拖船干扰,实验数据处理结果验证了该算法的有效性,可望在实际的声纳工程中得到应用。     

基于重叠互相关器的合成孔径水池实验研究

在过去十几年里,为了增加拖曳线列阵系统的空间增益、提高方位分辨率,各种合成孔径技术应运而生。针对AUV舷侧阵系统水下目标远程探测的研究需要,给出了基于重叠互相关器的合成孔径处理算法(OCSAP),这种方法是在假设AUV旁侧阵匀速直线航行前提下,通过在波束域利用FFT变换合成孔径,并且在连续的时间间隔内对子孔径信号进行相关处理来实现的。在对该算法进行计算机仿真研究的基础上,在消声水池中进行了8阵元合成48阵元以及单阵元合成8阵元的逆合成孔径实验研究,两种实验结果均验证了OCSAP算法的有效性和可行性。实验结果表明合成孔径处理与常规物理孔径处理相比具有较好的鲁棒性,并且在接收信号时域相关长度大于合成孔径所需时间的水下或海洋环境里,合成阵增益与等长的物理阵增益基本相等。     

拖线阵声纳数字式水下数据高速传输的设计

通过拓扑结构的分析,提出了一种针对拖线阵声纳的数字式水下数据高速传输的方案;介绍了水下数据传输节点的总体设计,并详细地介绍了HOTLink发送接收控制器的设计;然后设计了基于伪随机序列码的误码分析仪,并用其测试了水下数据高速传输节点的误码率。误码测试结果和性能比较结果表明该方案切实可行,并能够方便地实现小型化。     

双平行线阵的水下二维DOA估计算法

利用集群自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicles,AUV）进行的水下协同作业的需求越来越多。对于水下集群作业来说,AUV的水下定位非常重要。目前,AUV通常采用声学定位的工作模式,利用长、短基线阵对水下目标的二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）进行估计,但在小型AUV上,基阵的阵列尺寸等受载体体积和换能器尺寸的共同限制,多信源条件下DOA估计的精度不高。设计低功耗平台,采用双平行线阵及传播算子算法来对多源目标进行二维DOA估计,结合通信与声学定位一体化方法,利用高频通信信号作为定位信号源,实现多信源环境中估计角度自动配对,在阵列尺寸受限的小型AUV上布放时,有较好的DOA估计效果。仿真结果验证了该方法的有效性。     

嵌入注意力机制的卷积神经网络水声目标识别

针对低信噪比水声目标单一特征识别率低,稳健性差的问题,提出一种基于注意力机制和多尺度残差卷积神经网络（Multi-scale Residual CNN with Attention,MR-CNN-A）进行特征融合的识别方法。该方法根据多尺度卷积核与特征图形成多分辨率分析关系,并以此通过注意力机制实现优势特征权值提取与融合,从而提高模型在文中水声数据集上提取目标噪声特征和分类识别的稳健性与抗噪能力。开展了4类舰船噪声和海洋环境噪声的识别试验、水下和水面自主式水下航行器的识别试验,以及不同信噪比条件下目标噪声的识别试验。结果表明：对于文中所涉及的水声目标噪声和人工高斯白噪声干扰,该网络模型识别正确率明显高于支持矢量机与简单卷积神经网络,且对高斯白噪声的抑制能力远强于支持矢量机与简单卷积神经网络,稳健性好,模型复杂度小。     

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。     

基于多普勒特征恢复的声矢量阵鲁棒自适应波束形成方法

在短快拍、信号导向矢量失配环境下,传统的自适应波束形成方法性能受到影响,对角加载技术是提高算法在复杂环境下性能鲁棒性的重要技术之一。针对水声环境和水声信号特点,提出一种基于声矢量阵的自适应波束形成方法。该方法利用水声信号的多普勒频率信息,在不同环境下自适应地选择最优对角加载因子,确定波束形成的权矢量,从而实现提取期望目标信号、抑制干扰和噪声的目的。无需任何用户参数,鲁棒性强、估计精度高。最后基于声矢量阵进行仿真实验,仿真结果证明了所提出的方法能够有效地获取目标信号,具有较好的抗干扰能力。     

固态拖线阵和液态拖线阵的试验分析

拖曳线列阵声纳以低频、大孔径等特点而受到关注。作为湿端的主要组成部分,拖线阵的发展也比较迅速。由于应用较早,液态拖线阵技术已经比较成熟。相比于液态拖线阵,固态拖线阵具有自身的特点,因此近年来对固态拖线阵的研究也逐渐增多。为了比较两种成阵工艺对拖曳线列阵性能的影响,进行了湖试,通过对湖试数据进行分析,比较两种拖线阵中阵元一致性和拖线阵波束形成性能的差异。结果表明,在阵元一致性方面,液态拖线阵和固态拖线阵的性能基本相似;在波束形成性能方面,静态时两者性能无明显的差别;在拖曳状态下,固态拖线阵对拖曳时产生的噪声敏感性低,因而具有更好的波束形成性能。