不等间距球面相控阵列次声波聚焦特性研究

在声场计算理论与伪逆矩阵算法的基础上,设计了一种新型的圆周间距和不同圆周阵元间距呈等差数列的不等间距排列的球面相控阵列,用于次声波聚焦。仿真结果表明：与球面等间距阵列相比,在保持基本相等的主瓣宽度下,具有较高的声强增益、较低的旁瓣和较好的聚焦性能。     

基于圆环阵列的声场仿真及校准实验

针对圆环阵列中声波多途效应难以消除的问题,提出了采用不等间距圆环阵列的方法破坏声波各径的相干性来降低旁瓣性能,减少边缘衍射反射的干扰。通过仿真验证不等间距圆环阵列能够有效降低聚焦波束旁瓣,并根据仿真结果设计最佳环形阵列结构。最后,在实验水池中对圆环阵列进行声场校准实验,分别利用脉冲波与连续波在4～8kHz频率下激励换能器阵列工作,结果表明采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的轴向声压的特性。     

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。     

矢量阵组合增益仿真分析

矢量传感器由声压传感器和振速传感器同心复合而成,由它而构成的矢量阵在信噪比增益上体现了更大的优越性.本文基于矢量传感器阵组合增益的理论分析,在不同方位给出了各种矢量阵组合增益的计算机仿真结果,理论分析与仿真结果吻合很好.     

摩托车整车噪声分析与消声器改进

基于噪声声压、声强测试,分析声压频谱、声强与声功率分布,识别某摩托车噪声源,结果表明,发动机缸头处与排气管处对整车噪声贡献相当,考虑优化成本和改进的复杂程度,主要针对排气消声器改进。利用有限元仿真手段和试验对原发动机排气消声器空气动力学性能和声学性能进行了研究,提出了消声器改进方案,通过消声器功率损失测试、插入损失测试和整车通过噪声实验,结果表明,改进方案使整车通过噪声降低1-2dB。     

平面圆振片组合声源空间声场分布特性研究

用数值模拟方法研究了平面四圆振片组合声源产生的声场，详细分析了振片频率、半径及间距等因素对其声场分布特性的影响。研究结果表明：声源组合方式及参数不同时，空间声场分布会发生明显改变。振源频率相对较低时，声源指向性较差，受振源尺寸、中心轴截面距离影响较小，截面声场分布较均匀；频率较高时，指向性强，声束较窄，声压峰值较大；同时定性地分析了“主瓣”方向声压、“主瓣”声束及指向性因子间所存在的相互联系。     

X波段32元高增益阵列天线设计与仿真

本文研究了一种X波段32元高增益带状线天线阵的设计方法。阵元排列采用泰勒分布实现低副瓣。通过优化带状线对称振子结构,展宽了阵列天线阻抗带宽。讨论了天线单元结构尺寸与天线阵列带宽之间的关系,介绍了带状线天线阵馈电网络以及带状线转微带接头的工程实现途径。仿真计算结果表明,天线阵列在8%的相对带宽内电压驻波比小于1.4,增益大于20dB,并具有良好的阵列方向图。     

修正声强测量系统设计及实验验证

传统的声强测量系统价格昂贵,有限差分的存在使得测试频域受到探头间距的限制,宽频噪声需分段多次测量。根据互谱声强算法,利用采集卡、传声器和虚拟仪器技术开发出一套便捷、高效、低成本的声强测量系统,包括数据采集、系统声压灵敏度标定、相位失配标定和声强测量。针对算法中存在的有限差分误差进行修正,在半消声室中以宽带白噪声为声源,用开发的声强测量系统分析探头间距为20 mm和50 mm时探头轴线和声源传播方向夹角分别为0°、45°的修正前后声强误差。结果表明该声强测量系统有效,修正后同一探头间距测试频域得到拓展,声强准确度得到提升。     

浅海大孔径水平阵列差频匹配场定位研究

随着阵列孔径的增大,常规匹配场在获得更高增益的同时也面临着对失配更加敏感的风险。文章通过对接收信号和拷贝声压同时进行差频自积处理,运用差频匹配场降低了匹配场对失配的敏感度,从而提高定位的稳健性。从简正波理论出发对比了差频匹配场和常规匹配场对阵形失配、环境失配的敏感性,分析差频匹配场应用于浅海大孔径水平阵列定位的优势。仿真和实验结果表明,差频匹配场方法有更好的定位稳健性。     

不等间距线列阵波束形成

介绍了不等间距波束形成的基本原理和分析方法,分别计算了10元、16元和32元线列阵阵元不等间距分布时的波束图。采用z变换的方法,将等间距幅度加权的波束形成的幅值分布转化为不等间距波束形成的距离分布。仿真结果表明该方法对于第一、第二旁瓣的抑制较好,并且主瓣并未明显展宽。     

次声发生机理与装置的研究

本文从平面活塞运动的发声机理出发,研究了次声发生机理,建立了次声场的数学模型,并在此基础上,研制了一种频率,幅度均可调的次声发生装置。通过实验验证了理论模型的正确性,并分析了次声的频率,活塞的振幅,活塞的面积及空间点到声源距离与次声的声压级之间的关系。     

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。     

Sound field calculations for an ultrasonic linear phased array with a spherical liquid lens

Lenses are often used to provide focusing in the elevation dimension of ultrasonic linear phased-array transducers. The use of a liquid lens in this application adds a variable geometric focusing capability, determined by the radius of curvature of the lens surface and speed of sound in the liquid, to the electronic focusing produced by the linear phased array. An efficient method to calculate the sound field radiated from the linear phased-array transducer through the liquid lens is presented. It treats the lens surface as a secondary source distribution according to Huygens's principle, and employs a modified form of the rectangular radiator method to calculate the field. The appropriate phases for the array elements to focus and steer the beam are calculated by considering the refraction on the lens surface. Comparisons of computer simulations and experimental measurements of the field intensity distribution of a prototype linear array transducer with a liquid lens demonstrate the accuracy of the proposed method.     

基于慢度估计的次声台阵信号自动检测算法及应用

针对次声监测研究领域广泛使用的短时间与长时间信号功率比检测方法性能不能满足要求,渐进多通道互相关检测算法虚警率较高的缺点,利用信号的时、频、波数域特性和次声台阵各子台信号的互相关性特性,提出了一种基于次声台阵信号慢度估计的自动检测算法。次声信号慢度估计结果的合理性、一致性是该检测算法的依据。考虑到该检测算法计算量较大,在具体应用中加入其他计算量较小的传统算法,进行逐次检测,最后应用的慢度估计方法既是一种检测方法,也是对其他检测算法结果的最终审核,一方面可以降低单项检测方法对检测参数的敏感性,另一方面也可提高检测的正确率(虚警率和漏警率同时降低)。该复合检测算法应用于某实验次声台站信号的检测(信噪比大于1.1),结果虚警率为4.0%,漏警率为5.0%,表明了该方法的优良性能。从检测应用处理结果还可以推测,结合一个区域现有密集的地震台站数据和2~3个次声台阵的数据,可以方便地识别、监控爆破方式日益复杂的人工爆破事件和真正的地震(余震)事件,为地震灾害减灾防灾、采矿监控等多领域服务,具有重大推广价值。     

声强测量中系统误差修正的若干问题研究

本文对用残余声强法修正声强测量的系统误差进行了理论分析，推导了它的误差表达工式，给出了该误差的二元分布图。     

3D-vortex labyrinths in the near field of solid-state microchip laser

The usage of vortex-labyrinth fields and Talbot lattices as optical dipole traps for neutral atoms is considered for the wavelength of trapping radiation in the range 0.98–2.79 µm. The square vortex lattices generated in high Fresnel number solid-state microchip lasers are studied as a possible realization. The distribution of light field is obtained via a nonstationary computational model based on Maxwell–Bloch equations for a class-B laser, discrete Fox–Lee map with relaxation of inversion and a static model based on superposition of copropagating Gaussian beams. The spatial patterns obtained numerically and observed experimentally previously are interpreted as nonlinear superposition of vortices with helicoidal phase dislocations. The distribution of light field is approximated analytically by a sum of array of vortex lines and an additional parabolic subtrap. The separable optical trapping potential is proposed with similar intensity distribution. The factorization of the macroscopic wavefunction has led to the solution of the Gross–Pitaevsky equation for an ensemble of quantum particles trapped in a vortex labyrinth formed by a spatially periodic array of Laguerre–Gaussian beams.     

基于最优收缩的传声器阵列部分相干噪声去噪方法

传声器阵列信号的去噪问题对波束形成方法具有重大意义。在复杂干扰环境下,背景噪声的分布不再满足传统的互不相干假设,而更趋近于部分相干。文章研究了空间噪声的分布机理和部分相干噪声理论,并提出了一种在已知声源个数下的传声器阵列部分相干噪声的去噪方法：通过声源噪声的低秩假设以及部分相干噪声的稀疏假设,基于最优收缩方法（Opt-Shrink）迭代提取传声器阵列互谱矩阵的低秩部分,实现去噪的目的。通过仿真,验证了该方法在相干通道数为10和25时,可以获得明显的成像结果;而传统针对不相干噪声去噪的对角线移除方法（DiagonalRemoval,DR）在相干通道数较多时,声源定位结果较差。在强干扰低信噪比的声源定位实验中,该方法相对于对角线移除方法可以得到更好的去噪效果。     

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。     

固定干扰抑制的声场匹配方法

利用波导中的声场匹配与自由空间中的阵列处理的相似性,从自由空间的阵列零点方法出发推导～一种适用于波导中垂直阵列声场匹配的抑制固定干扰的方法。通过声场模型预报已知空间位置干扰的声传播特征,形成空间矢量。在保持期望点增益的前提下,约束干扰点邻域增益,得到垂直阵列的零点指向干扰的阵列权向量。