利用渔船噪声矢量场对地声参数的估计

针对航船噪声实现海底声学参数稳健反演及不确定性分析的问题,研究了联合声压场和矢量场进行可靠地声参数反演的可行性。采用匹配场反演算法对单矢量水听器采集的航船噪声数据进行处理,给出了地声参数的估计值和后验概率分布。理论分析和数值仿真表明:垂直质点振速分量比单独使用声压场能提供更丰富的声信号传输特性;联合声压场和垂直质点振速分量的反演结果比单独处理声压场或垂直质点振速分量具有更高的稳健性和准确性。     

弹性矩形空气腔障板水下声散射近场矢量特性

为了实现矢量水听器在水面或水下载体上的工程应用,研究了弹性矩形空气腔障板声散射近场矢量特性.利用薄板的低频近似理论导出了弹性矩形空气腔障板水下声散射的声压和质点振速表达式,给出相应的声强表达式,验证了公式的有效性.在此基础上数值计算了弹性矩形空气腔障板声散射的近场特性,重点关注其近场矢量特性.理论分析和数值计算结果表明,由于弹性矩形空气腔障板的声散射作用,声压场和质点振速场表现为复杂的干涉结构,质点振速方向和声源方位不一致,声压和质点振速不再同相,声强方向也不再反映声源方位.本文结果为矢量水听器在弹性矩形空气腔障板条件下的工程应用提供了理论依据.     

楔形海域声矢量场分析

海洋环境中的声传播是水声学研究领域的一个经典问题.在传统的研究中,关心的主要是声压场.随着矢量水听器的出现,不仅是声压场,介质质点振速场也受到极大关注.应用虚源法分析了ASA基准楔形模型中谐和点源的三维质点振速场.基于Deane和Buckingham给出的声场声压表达式,文中推导了三维质点振速的积分公式,并应用数值积分的方法计算了声场声压与质点振速,分析了它们的传播损失和相位差以及不同方向声强的衰减过程.结果表明,即使在远距离上,声压与质点振速的相位差并不为零.     

声矢量传感器线阵的左右舷分辨

声矢量传感器由声压传感器和惯性传感器复合而成,可同时测量声场一点处的声压标量和质点振速矢量的各正交分量,为解决传统声压水听器线阵固有的左右舷模糊难题提供了新的方法和手段.利用声矢量传感器线阵指向性函数研究了3种常规波束形成器的左右舷抑制比,然后简要分析了MVDR波束形成器的左右舷抑制比.理论分析和海试结果均表明:1)左右舷抑制比除了都不可避免地与信噪比有关之外,相比于具有一定左右舷分辨能力的声压水听器多线阵和三元组声压水听器线阵,声矢量传感器线阵的左右舷分辨性能主要取决于与频率无关的矢量传感器阵元指向性;2)声矢量传感器线阵MVDR波束形成器的左右舷分辨性能大大优于常规波束形成器.     

矢量水听器扩展孔径线阵方位估计技术

矢量水听器由声压水听器和质点振速水听器复合而成,可以同时测量声场中的声压和质点振速的正交分量,将矢量水听器布成阵列对目标方位进行估计.在不增加阵元个数的情况下,可以把阵布成稀疏阵来增加阵孔径,提高对目标方位的估计精度.按照耐奎斯特空间采样定理,阵元间距超过半波长将会带来方位估计的周期性模糊.该研究利用扩展孔径矢量线阵对目标进行方位估计,以及研究如何去掉方位估计中的周期性模糊,最终获得目标方位的高精度无模糊估计.研究结果表明,在相同的信噪比条件下,利用扩展孔径矢量线阵可获得比具有相同输出路数的声压阵更好的方位估计性能.     

声矢量场的抛物方程计算方法

采用抛物方程方法对声场声压进行计算,通过尤拉公式给出抛物方程方法对声矢量场参数求解表达式,并利用差分方法对声场质点振速值进行数值计算.该文介绍了三维抛物方程理论与FOR3D程序算法;对PEKERIS问题、单层海洋环境及ASA基准楔彤模型环境下的声矢量场进行仿真验证.结果表明,利用抛物方程方法可以快速简便地求解复杂海洋环境下的声场,并且可以用于计算声矢量场参数.     

应用表面噪声矢量场空间相关特性反演海底参数

为了实现对海底快速而准确的遥测,提出一种根据表面噪声矢量场空间相关函数进行海底参数反演的方法.与传统的基于声传播模型的匹配场反演方法相比,所提方法可利用的信息更加丰富,而且水下系统配置简单,无需声源,隐蔽性好,具有一定的军事应用前景.参数优化过程中,采用一种基于差分进化算法和粒子群算法的两级混合优化算法.通过反演结果与仿真真值的比较可以看出,混合优化算法得到了较满意的反演结果,特别是同时考虑不同的声压和质点振速组合方式时,而且与单一的优化算法相比,估计精度总体上得到了显著提高.     

一种新的声矢量阵最小范数算法

现有的声矢量阵方位估计算法基本都是将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为与声压相同的独立阵元信息来处理,没有充分利用AVS中声压和振速的相干性,以及由此带来的抗各向同性噪声能力.基于AVS中声压和振速的相干性原理,提出了一种新的声矢量阵最小范数算法.新算法充分利用了AVS中声压和振速联合信息处理的优势,能更好地将最小范数(MN)算法的高分辨能力与AVS的抗噪能力有机地结合起来,实现远程高分辨DOA估计.理论分析和基于湖试数据的仿真实验证明了所提算法的有效性.     

一种新的声矢量阵远程ESPRIT方位估计算法

为解决水下目标远程高分辨定向问题,文章提出了一种新的声矢量阵ESPRIT方位估计算法.与现有的将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为独立阵元来处理的声矢量阵方位估计算法不同,新算法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵(AVSA)中声压与振速的相干性原理,能更好地将ESPRIT算法的高分辨能力与AVSA的抗噪能力有机地结合起来,实现远程、高分辨方位估计.理论分析和基于湖试背景噪声的仿真实验证明了新算法的有效性.     

被动式渔探仪的信号检测与方位估计

为了降低渔探仪成本、简化设备、提高作用距离,将被动式声纳技术应用于渔探仪系统.采用被动式声纳原理,利用矢量水听器接收声场中质点的声压和振速信息,对声压和振速进行联合处理,从而对信号的声能流值进行最大似然比检测,在最大似然比检测的基础上对声源的方位角进行估计,获得方位角的最大似然估计值.实验结果表明:声能流检测器能有效地抑制各向同性的噪声,提高增益,方位估计能进行目标定位,定位误差小,效果良好.利用被动式声纳技术及采用新型传感器(矢量水听器)技术,使得构造一个具有全新概念的被动式渔探仪成为可能.