基于辅助阵元校正法的柔性阵列阵元位置校正

本文介绍了两种用于校正大型柔性声纳阵列的阵元位置的方法。在阵列进行海底铺设后,阵元位置的不确定,会大大降低声纳搜索方位的性能。辅助阵元校正方法考虑使用阵上较短距离间隔的阵元作为辅助阵元来对信号到达角和阵元相对相位同时进行估计。并从至少两组不同方位声源点测得的数据,获得阵元的相对坐标位置,得到阵形。为了保证校正的有效性,我们比较了这两种辅助阵元校正方法,通过大量的仿真试验比较它们对辅助阵元误差扰动的敏感度,并选择了宽容性较好的MUSIC辅助阵元方法进行了实际的海上试验。     

《剩余质量阵和剩余刚度阵的近似计算方法》

在模态综合法中，剩余质量阵和剩余刚度阵的计算通常依赖于子结构的质量阵和刚度阵，由于几乎不可能通过实验方法得到子结构的质量阵和刚度阵，因此很难将实验数据应用于理论模态综合法中。针对这一困难，通过分析剩余质量阵和刚度阵的表达式，推导出它们的近似计算公式，这一近似计算公式中不含质量阵和刚度阵，亦即不需要事先知道质量阵和刚度阵就可以计算剩余质量阵和剩余刚度阵，从而回避实验辨识质量阵和刚度阵这一极具挑战的动力学反问题，克服实验模态综合法应用中的困难。数值计算表明，所提的剩余质量阵和剩余刚度阵的近似计算方法切实可行，且模态综合结果具有较高的精度。     

拖线阵声呐若干信号处理问题分析

研究分析了拖曳式线列阵声呐（包括单线阵和多线阵）的有关信号处理方法及其性能,包括阵增益、宽带指向性函数、方位估计的性能限、目标左右舷分辨以及对模型误差宽容的波束形成方法等。指出单线阵的阵增益和方位估计精度是一个重要指标,利用多线阵的水平孔径可以区分目标的左右舷方位。结合拖线阵的湖、海试实验,说明拖线阵信号处理的工程应用情况。     

点圆阵的矩阵变换对

针对点圆阵用常规方法不能有效压低旁瓣问题,从点圆阵指向性函数计算公式出发,导出指向性函数和权系数之间关系的点圆阵矩阵变换对,较好地解决了点圆阵指向性综合问题,有效压低点圆阵波束的旁瓣。该方法具有公式直观、使用方便、计算快捷的特点,适用于相控到任意方向和各种形状的波束综合;也适用于由多个同心点圆阵构成的体积阵指向性综合。     

基于时延估计的海底线阵阵形估计方法研究

阵形估计是水听器阵列应用中的关键问题,基于时延估计的阵形估计方法比基于传感器测量和基于匹配场处理的方法具有更强的适应性和较高的精度。针对浅海水听器阵列中水平长线阵存在的纵向相关振荡现象引起的不能简单以某一阵元为基准求相对时延的问题,充分利用了阵元信号的高相关性,提出了基于子阵时延的阵形估计方法,针对子阵间时延估计误差向阵端累积的问题,该方法以时延估计的克拉美罗界为依据提出了合理的子阵方式,在一定程度上减小了误差传递。对已有海试数据阵形估计处理的结果表明,相对于单源固定间距方法和未分子阵的双源时延估计方法,基于子阵时延的阵形估计方法满足阵元间距的约束,有较好的空间谱特性,减小了阵形估计误差,对长水听器阵列的应用及阵形估计具有较大应用价值。     

一种简单的宽带基阵设计和处理方法

文章提供了一种简单的基阵设计和处理方法 ,这种方法利用 3个均匀子线阵 ,通过调整每个子阵的基本间距 ,来改变子阵的指向性函数 ,使得 1个子阵的指向性函数的栅瓣或旁瓣对应另 1个子阵指向性函数的零点 ,最后把 3个子阵的指向性函数相乘 ,得到总的指向性函数。由于 1个阵的指向性函数的零点抵消另 1个阵的指向性函数的栅瓣或旁瓣 ,这样可以得到比较好的指向性函数。因为 3个子阵的疏密程度不一 ,使得它们的栅瓣相互错开 ,因而特别适用于宽带信号     

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.     

水下声全息近场测量中阵元位置误差的校正方法研究

研究了水下近场扫描测量用的均匀水听器线阵各阵元位置误差的校正方法.该方法使用事先设置的校正源,在校正过程中将垂直悬挂的水听器线阵相对于支架轴以己知角度旋转两次,利用不同位置阵元的观测数据就能准确地估计各阵元位置.然后与理想的测量点位置进行比较,得到各阵元的位置误差,根据泰勒级数展开,将理想测量点处的声场值表示为实际测量值与一个误差因子组合的形式,迭代修正计算后可以得到精确的近场数据.计算机模拟的结果验证了本文方法的有效性.     

矢量线阵MUSIC算法抗空间混叠性能研究

利用矢量线阵可以提高对目标参数估计的性能,探讨了矢量线阵MUSIC算法的抗左右舷模糊性能和抗空间混叠性能。理论研究和外场试验结果表明,矢量线阵消除了声压线阵MUSIC方位谱的左右舷模糊,在阵元个数保持不变的条件下,空间降采样时,矢量线阵MUSIC空间谱不仅提高了方位估计的精度,而且能够抗空间混叠,在相同的条件下．矢量线阵MUSIC空间谱的抗空间混叠性能明显优于矢量阵常规波束形成方法。     

共形阵的布阵方法及可视化图形表示

本文讨论了水下平头流线体共形阵的布阵方法及可视化图形表示,线型旋转加常规布阵法可以得到各种实用的复杂共形阵,包括单/双平面共形阵、均匀型三维共形阵和节省型三维共形阵.     

畸变直线阵阵增益计算及仿真研究

阵增益是直线阵最重要的技术指标之一,理想直线阵以半波长布阵,阵增益为阵元数的函数。阵形畸变导致阵元间距发生改变,使直线阵增益显著下降,一方面由于各阵元接收信号的相位差发生变化,另一方面因为各阵元接收信号的相关性改变。从理想阵形情况直线阵的增益出发,并假设阵形畸变不改变各阵元接收信号的相关性,给出了畸变直线阵信号增益、噪声增益和阵增益的计算方法。仿真了直线阵畸变为圆弧形,阵增益随畸变参数的变化情况,分析给出了信号从不同方向入射、阵形未知/已知时,阵增益与信号增益、噪声增益变化的关系。     

估算实际阵指向性指数的一种简捷方法

本文给出一种估算实际阵(real array)指向性指数的简捷方法。这一方法只需预先对所设计阵的指向性进行计算机辅助设计计算和通过试验测得阵的水平波束和垂直波束宽度,它同其它估算方法相比更简单、更便捷、更实际。     

基于等效孔径相等的体积阵波束形成

利用自适应方法对"米"字形体积阵进行波束形成,发现在预成的多波束中奇偶号波束效果差别较大,影响了检测性能、定位精度.从预成波束方向阵等效孔径入手,解释了奇偶号波束不一致的原因,通过改变预成波束方向、构造阵等效孔径相等措施来改进体积阵波束形成.计算机仿真、水池实测验证了这种方法可以有效地提高体积阵波束形成的整体效果.     

非均匀钹式换能器平面阵布阵设计

钹式换能器尺寸小,可以大规模组阵以提高声辐射性能,但是它的工作频段低,其组阵不宜遵循传统压电阵元布阵间距的规律。为提高基阵的空间利用率而降低阵元互干扰的不利影响,提出一种非均匀平面基阵的实现方法。考虑强度非均匀因素,建立了9元基阵的阵元互辐射阻抗模型和基阵的总辐射阻抗模型,分别研究了阵元间距、工作频率和中心阵元强度对阵元互阻抗和基阵总阻抗的影响。在提高基阵总辐射效率,并保证单个阵元能有效辐射声能的原则下,给出了不同工作频率下,阵元的合适间距。为改善基阵的辐射阻抗提供了阵元间距和阵元强度两种调整办法,为研制超多阵元钹式水声设备奠定了理论基础。     

混料试验设计中置换阵的性质及其应用

为解决由于高维混料试验的设计阵的形式复杂且计算难度大的问题,使用高阶混料格点作为支撑集,提出了置换阵的定义。首先讨论了由置换阵构造出设计阵的方法;进而由此推导出信息矩阵与相关矩阵的显示表达;然后探索了置换阵的行列式、迹和特征值等方面的性质;最后通过实例验证置换阵用于设计分析的有效性,并进一步分析了利用置换阵构造高阶混料格点集和最优设计的必要性和可行性。     

大视场线阵CCD图像灰度均匀化

针对大视场线阵 CCD 图像不均匀现象,提出了一种基于图像像素灰度补偿的均匀化方法。首先分析并计算线形目标上不同坐标位置的微小面元在线阵CCD上产生的辐射照度,并由此推导线阵CCD面元上不同像素灰度值与中心像素灰度值之间的关系,进而建立大视场线阵CCD像面上像素的灰度补偿模型,实现大视场线阵CCD图像快速均匀化的目的。对大量线阵 CCD 采集的高速路面图像进行了处理,结果表明我们提出的方法具有较强的可行性、鲁棒性和实用性。     

三维流场分析的太阳能电池阵展开过程仿真

用数值方法分析了太阳能电池阵在地面空气介质中展开时诱导空气流动的三维流场,并计算出空气附加在电池阵上的广义质量,通过求解动力学方程得到了电池阵展开过程的仿真结果.仿真结果表明,某型号电池阵在地面和太空展开时间的差异超过36%.     

高精度航天器太阳能电池阵减扰驱动方法

为减小太阳能电池阵对日跟踪驱动过程所产生的扰动,基于电池阵及其驱动装置机电一体化模型分析了激起电池阵驱动扰动的主要因素,并从稳态力矩平衡方程出发提出了适用于电池阵闭环和开环输入补偿的减扰驱动控制方法。结果表明:步进电机谐波电磁力矩可近似为电池阵转动规律的比例控制环节,其齿槽效应是激起电池阵驱动过程扰动的主要因素之一;两种减扰驱动策略都能有效改善跟踪驱动过程中的速度和力矩稳定度,且不会降低电池阵对日跟踪指向精度,但其减扰效果会随齿槽力矩峰值误差增大而逐渐降低;综合考虑多种因素条件下开环减扰驱动方法较优,在±11%参数误差范围内该驱动方法可以将转速稳定度控制在1%以下,且力矩稳定度优于1.15%。     

基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。     

长拖曳阵的方位估计

当一拖曳式水听器阵由于弯曲而产生显著的非线性时,通常的线阵波束对真正的声源方位估计就有偏差。将阵分成一系列小孔径子阵,然后算出各个子阵的方位估计平均值,则阵弯曲的影响便可减小。并且在相对于标称轴的平均弯曲角不大时,这种方法能得到相当精确的方位估计。在一种理论统计模式下对子阵方位的平均值、中位值估计作了分析,并且对多种正弦形阵用人为的数据作了检验。