一种自适应EPF算法及其在光纤水听器中的应用

基于椭圆拟合的相位生成载波(Phase Generated Carrier,PGC)解调方法是消除非线性因素对光纤水听器PGC解调结果影响的一种有效手段,椭圆曲线参数的最优估计问题是实现该方法的关键。扩展卡尔曼粒子滤波(Extended Kalman Particle Filter,EPF)是解决此类非线性估计问题的一种常用的最优估计算法。但传统的EPF算法在用于常参数过程方程的参数或状态估计问题时,过程噪声的方差通常设置为一个常量,这使得算法难以兼顾收敛速度和估计精度,一定程度上限制了算法的整体性能。为了解决这个问题,文章对现有的EPF进行了改进,提出了一种自适应扩展卡尔曼粒子滤波(Adaptive Extended Kalman Particle Filter,AEPF)算法。模拟仿真和实验结果表明,文中所提出的AEPF算法能根据基于椭圆拟合的PGC解调方法有效地解调出待测声信号,相比EKF算法和EPF算法,AEPF算法的收敛速度和估计精度都得到了提升。此外,文章所提出的AEPF算法也适用于其他具有常参数过程方程的参数或状态估计问题,具有一定的通用性。     

基于微分干涉仪的新型光纤声传感器

基于微分干涉仪原理，建立了一套新型光纤声传感器系统。对该系统进行了理论分析，建立了系统的数学模型，推导并分析了干涉仪的输出信号，并以宽频信号做声源进行了实验研究。实验结果与理论分析相吻合，解决了目前双干涉仪线性范围窄的问题，简化了信号处理电路，可使用低相干光源，并且系统不受外界缓变因素的影响，对宽频声源定位的误差小于1％。     

海底声学特性水平变化引起的异常声传播

1引言 声波在海面、水体及海底形成的浅海波导中传播时,水体的声速剖面和海底的声学特性是影响其传播特性的两个重要因素.水体中的海洋内波活动通常会导致声传播异常,Zhou通过在水体中引入孤立子内波解释了夏季浅海实验中出现的不同频率下的声异常衰减现象[1],指出孤立子内波与声场的相互作用,尤其是共振效应引起的简正波模态间的耦合是夏季的低频声传播损失加大的一个主要原因.Li研究了较高频率条件下(＞2kHz)由于海底粗糙度引起的声传播损失异常问题[2].一般地,大幅度的孤立子内波一般出现在很强的温跃层条件下,而文献[2]中的实验异常现象只是出现在高频且接收器和声源都同时位于温跃层之上的情况下.Ellis在一次实验中发现声波遇到较硬的石灰岩海底时在低频段会有很大衰减[3].     

声致振动对3层微穿孔板吸声体吸声性能影响

为了研究声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能的影响,基于微穿孔板吸声理论与声电等效电路原理,对考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的吸声性能进行了计算。研究发现,考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的低频吸声性能有所降低,高频吸声性能变化不大。且随着微穿孔板的质量密度的增加,考虑声致振动时的3层微穿孔板吸声体的吸声性能曲线逐渐接近未考虑声致振动的情况。当其它参数保持不变时,随着穿孔板穿孔直径和间距的增加两共振峰逐渐向低频方向移动;随着穿孔率的增加,两共振峰逐渐向高频方向移动。因此,声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能有一定的影响,其影响程度与微穿孔板的质量密度和结构参数相关。     

基于全聚焦算法的混凝土超声阵列探测成像方法

混凝土结构内含有大量的砂石、骨料以及钢筋,形成多样性的声学界面,超声在混凝土结构中的信号成分复杂,且超声能量易衰减.为了提高混凝土检测分辨率与信噪比,提出基于全聚焦算法的混凝土超声阵列检测方法.首先通过建立混凝土有限元模型,开展混凝土超声阵列仿真研究,模拟一发多收方式依次激励阵列探头,并获得检测信号;然后,为了避免噪声...     

深海大深度声传播特性及直达声区水下声源距离估计

深海大深度声传播特性对在深海近海底进行水声目标探测和定位具有重要意义。利用一次南海中南部深海不完全声道中的脉冲声传播实验数据,分析了海底附近大深度声传播损失及脉冲多途传播特性,并根据直达波和海底-海面反射波的时延差与收发距离的关系,提出一种利用深海直达声区脉冲多途到达时间进行水下声源距离估计的方法。结果表明:当接收器深度位于南海深海海底附近而声源深度较浅时,直达声区水平宽度可达30 km,传播损失相对影区来说较小,有利于水下声源探测;直达声区的直达波与海底-海面反射波的到达时延差随着收发距离的增大单调减小,可被用于水下声源距离估计。得到水下声源的距离估计结果与实验GPS测量结果较为一致,距离估计均方误差为0.28 km。     

利用波导不变量的浅海负跃层声源深度判别

在夏季负跃层水文条件下,声源激发的声场同时存在折射类和反射类简正波,导致通过分离简正波进行深度判别的方法性能下降甚至失效·提出了一种利用波导不变量判别声源深度的方法。当接收器位于负跃层以下时,水面声源和水下声源的波导不变量数值不同。在本文的仿真条件下,水面声源波导不变量约等于1,当声源位于负跃层以下时,波导不变量大于1.利用频域warping变换从干涉结构中提取与实际距离成线性关系的时域脉冲,可以在未知声源距离的情况下,从声场干涉结构中获得声源激发声场的波导不变量,从而在夏季负跃层水文条件下进行声源深度判别。方法无须声源与接收器存在最近经过距离,可适用于单水听器或水平阵波束形成后输出的LOFAR谱.仿真结果证明,方法可以提取水面目标和水下目标的时延轨迹并计算干涉条纹的波导不变量。最后,对海试实验数据进行分析处理,从水面声源的干涉条纹中提取波导不变量,证明了方法的有效性。     

利用测深侧扫数据和明暗恢复形状方法实现地形修正

一般的测深侧扫声纳应用中,单独利用回波数据的幅度信息或相位信息获取侧扫图或测深图以展示海底细节特征。为提取侧扫数据中的微地貌信息,实现更高精度的海底地形探测,提出了两步循环迭代算法:首先利用原始测深侧扫结果数据对散射模型进行最优拟合,其次,引入亮度误差修正因子,改进从明暗恢复形状算法并迭代地形,保证其快速稳定的收敛,最终通过循环迭代获取了海底底质参数和精度更高、与真实地形起伏相关性更强的地形深度值。同时,利用Jackson海底散射模型,模拟测深侧扫声纳信号的发射接收过程,并利用其回波数据,验证本迭代算法的正确性和有效性。结果表明:该方法可以有效地修正地形,且接收信噪比越高,地形修正效果越好;在信噪比为20 d B时,相比于原始测深结果,修正后地形起伏相关系数提升52. 4%,地形误差绝对值降低37%。最后,将该算法应用于测深侧扫声纳数据,通过修正前后地形图的对比分析,验证了本算法的可行性和有效性。     

CFRP层板低能冲击损伤的非线性超声兰姆波检测技术研究

CFRP层板中不可见冲击损伤的线性超声响应特征很弱,由此提出CFRP层板中低能量冲击损伤的非线性超声Lamb波检测方法。首先搭建非线性超声Lamb波检测平台,提出Lamb波激发方法并分析其模态构成,其次判定各模态是否满足非线性超声Lamb波检测条件,最后分析线性及非线性超声检测特征对损伤的敏感程度,提出检测不可见冲击损伤的非线性特征参数。研究结果表明,相对非线性系数对3、5 J低能量不可见冲击损伤具有较高的检测灵敏度,能够用于该类损伤的无损检测。     

空气中移动声源激发水下声场的频域简正波表示

文中提出了空气中移动声源激发水下声场的简正波频谱表达式。该表达式物理意义明确,形式简单,易于数值计算。利用文中表达式对目前比较流行的简正波程序Kraken进行了改进,通过与波数积分法OAST的计算结果进行比较,验证了所提表达式的正确性。通过数值模拟,对声源与接收相对运动时对声场产生的影响进行了讨论。