宽带水声发射系统换能器分段匹配方法研究

换能器与功率放大器之间的匹配网络设计是宽带大功率水声发射系统的关键技术之一。把水声换能器、功率放大器及其联系两者的匹配网络视为一整体,从系统的观点出发,提出了一种分频段匹配宽带水声换能器的处理方法。通过对水声换能器的导纳特性和发射电压响应的分析,合理地选择匹配网络参数。该方法能充分发挥换能器在不同频段中的特性,实现水声发射系统的宽频带工作。水池实验验证了该方案的有效性:在2~16 kHz带宽范围内,发射电压响应级起伏ΔTVR和发射声源级起伏ΔSL均得到改善,尤其在感兴趣的4~15 kHz的宽带范围内,功率因数得到显著改善,功放管耗明显降低,发射电压响应级起伏ΔTVR从21 dB降到14 dB,发射电压声源级起伏ΔSL从24 dB降到7 dB,但对功放的安全保护电路提出了更高的要求。     

一种多模宽带水声换能器设计

随着水声信号处理技术的快速方展,需要从水声换能器获取更多的信息量,因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文设计了一种宽带纵振换能器,该换能器利用前盖板的弯曲振动与换能器的纵向振动耦合展宽频带。采用有限元方法模拟了换能器的电声特性,并制作了换能器样品。样品测试结果表明,换能器的带宽特性与模拟结果一致：发送电压响应级最大值139dB,-3dB带宽超过一个倍频程,且低频端小于15kHz。因此,该换能器具有低频、宽带、响应级高的优点。     

双激励宽带水声换能器理论研究

如何有效提高水声换能器的工作带宽一直是水声界关注的热点，本文从理论上探讨了一种拓展水声换能器带宽的方法，对该类型水声换能器带宽影响较大的因素进行了详细的分析。仿真结果表明，通过调整中间质量块和后质量块的材料与尺寸可以有效地改善换能器的发射电压响应带宽。比较了有限元方法与传统一维（1D）等效电路方法，结果表明，传统1D等效电路方法也可以用来设计这种换能器，同时给出了设计该型宽带换能器的规律，对换能器设计人员有一定的参考价值。     

基于脉冲压缩技术的宽带反射系数测量方法

反射系数是材料的一项重要声学参数,为了在水池中对材料的反射系数进行测量,提出了一种基于脉冲压缩技术的测量方法,对接收信号进行压缩来提取直达波和反射波。该方法不仅可以克服实验过程中经常遇到的多途干扰,而且测量过程简单,可以同时获得测量频带内所有频点的反射系数,即实现了对反射系数的宽带测量。通过仿真验证了该方法的可行性,并且给出了30~40 kHz频率范围内对铝板的水池实验结果。通过测量结果与理论值的比较可以发现,测量曲线存在一定的偏差和起伏,但可以通过增大发射信号带宽提高压缩效果或采用适当的窗函数压低旁瓣的方法来得到更为精确的测量结果。     

匹配层水声宽带换能器性能分析

为了提高现代鱼雷的作战性能,适应复杂环境,研制了宽带白导系统,旨在提高声纳基阵的整体性能.本文采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了匹配层水声宽带换能器,通过调整匹配层的声速、密度及厚度,分析了该类换能器的性能,包括换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度以及收发频带宽度等,并对其结构进行了优化.研制了匹配层水声宽带换能器并进行了水池试验,对比分析了理论设计与试验结果,其测试结果与计算结果具有较好的一致性.本文研究可为声纳基阵设计提供借鉴.     

基于小波宽带相关处理的发射信号与小波母函数的选取

立足于水雷主动探测的技术发展需求,论述了连续小波变换、宽带相关处理以及宽带模糊度函数之间的关系。确定了水下主动探测发射信号及小波母函数的选取,在短程目标深测中通过选择一种满足小波条件的发射信号作为小波母函数,进行连续小波变换,估计舰船目标的运动参数（航速和距离）,仿真结果表明本文方法是有效的,在水雷主动探测中有较好的应用前景。     

发射换能器频域补偿算法研究

由于发射换能器本身具有宽带发射响应不平坦的特点,会导致发射信号的频谱特性发生改变,从而影响到接收端。根据发射换能器的频谱特性预先对发射信号进行处理,可以解决这个问题。     

钹式换能器的有限元设计与分析

为研究钹式换能器共振频率随结构参数变化的规律,分析换能器的性能,建立了钹式换能器的有限元对称模型,探讨了钹式换能器的结构参数与共振频率之间的关系,得出影响共振频率的关键因素。依据结构参数与共振频率的关系,设计了不同结构参数的钹式换能器,通过仿真计算,得到满足不同性能要求的钹式换能器,为开发小功率发射换能器和新型换能器提供了一种途径。     

一种应用于甚低频驻波管的发射换能器设计

利用薄板振动理论设计制作了一个以薄板作为辐射面的发射换能器,该发射换能器在甚低频驻波管的应用,解决了压电式发射换能器在驻波管内辐射声场在100 Hz以下信噪比太低,无法对低频矢量水听器进行测量的问题。     

3种辐射头水声宽带换能器设计及布阵技术应用

为了充分利用声纳的布阵空间,增加辐射面积,从而提高声纳基阵的整体性能,采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了圆形、方形和六边形辐射头水声宽带换能器.在辐射面积、压电元件和长度等要素相同的条件下,仿真计算了3种不同形状的辐射头对水声宽带换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度和收发频带宽度等性能的影响,并对结构进行了优化;研制了3种不同形状辐射头换能器并进行了水池试验,测试结果与计算结果具有较好的一致性.最后,在声纳开窗尺寸相同的情况下,对3种换能器的布阵效果进行了研究.     

水声换能器发射性能的有限元分析

研究了Tonpilz水声换能器各结构参数对其发射性能的影响。利用流体-结构耦合分析对换能器水中声辐射进行了二维压电耦合场计算。研究了锥形盖板和方形盖板对换能器发射性能的影响,找出了各结构参数对换能器发射性能的影响规律并绘制了不同尺寸下发射电压响应的变化曲线,结果表明,获得优化的结构尺寸使换能器的发送电压响应有了显著提高。     

基于散射中心模型的典型目标宽带雷达回波仿真

分析宽带雷达条件下目标的散射特性,由局部性定理可知扩展目标的电磁散射特性可由不同散射中心表示。采用基于几何绕射理论的GTD散射中心模型描述目标高频电磁散射特性,提取散射中心参数,给出宽带雷达目标回波仿真方法,将目标散射特性与雷达发射信号进行计算得到典型目标基带回波信号。以某战机为例,利用提取的散射中心参数,重构宽带雷达目标回波信号,并对模拟的回波信号匹配滤波得到目标一维距离像。分析了一维距离像的展宽与偏移并得到精确一维距离像,该距离像真实地反映了目标散射中心的距离信息和归一化幅度信息。     

溢流式嵌镶圆管发射换能器的有限元分析

溢流式嵌镶圆管水声换能器是一种有效的低频宽带发射器,一般存在2种可供利用的谐振方式,即溢流环的液腔谐振和嵌镶圆管的径向谐振。本文首先应用解析的方法获得2种谐振的频率方程,然后应用有限元法建立了一个对称结构的溢流式嵌镶圆管换能器模型,通过ANSYS软件分析换能器的振动情况和响应曲线,并与解析法进行了对比。根据设计制作了溢流环换能器样件,并通过了相应的消声水池试验,试验结果表明,有限元模型计算准确且快捷,显示直观,其谐振频率设计误差可控制在5％以内。最终制作的换能器拥有2．35kHz的液腔谐振频率和6．4kHz的径向谐振频率,最大发射电压响应级为141．97dB,其径向谐振的-6dB带宽为3．9-9．4kHz,可提供全频段的发射带宽（包括液腔谐振在内）为2．1～10kHz±4dB。     

实测宽带阵列流形快速获取方法

针对传统阵列流形获取方法在宽带阵列流形获取中测试时间长和信号处理复杂的缺点,提出了基于快速傅里叶变换（FFT）的实测宽带阵列流形的快速获取技术,该技术结合实际水下声接收基阵,由测量数据得到实测阵列流形,进而利用此实测阵列流形进行波束形成,并通过仿真数据和实测数据对比研究了该方法的可行性和有效性。与传统实测阵列流形的获取方法相比,该方法具有测量快速、运算简单等特点。试验结果表明,该方法对于宽带声学基阵的波束优化和实测流形具有重要的工程应用价值。     

某型拖曳接收换能器的改进研究

为提高拖曳接收换能器的灵敏度,对该换能器的性能进行改进研究。对拖曳接收换能器的电声性能进行有限元仿真,将原拖曳接收换能器内有机玻璃盖板替换为铜质盖板及在压电陶瓷圆管内增加软木橡胶背衬,并对改进前后的性能进行对比分析。结果表明,改进后的拖曳接收换能器的灵敏度起伏在4 dB以内,且指向性特性没有明显变化。通过改进设计后,能大幅减小换能器的灵敏度起伏,可简化后级处理电路,同时提高系统的动态范围。     

换能器电学性能与振动切削力关系及监测方法

振动切削加工过程中监测切削力对于超声振动切削技术的推广和加工生产具有重要意义.本文在换能器驱动技术分析的基础上,通过研究超声椭圆振动切削过程中切削力、换能器电学阻抗与负载的变化关系,提出了一种利用换能器电学特性来判断超声椭圆振动切削力的新监测方法,并设计了一套换能器电学参数测量系统.通过大量的切削实验,验证了基于换能器...     

基于2阶锥规划的雷达干扰宽带数字波束形成优化设计

针对现有宽带数字波束形成方法在雷达干扰技术领域的工程应用中存在适用信号单一、干扰效果差、实现难度高等缺点,采用一种基于2阶锥规划(SOCP)理论的雷达干扰宽带数字波束形成方法,在波束形成器的每个阵元通道各自使用1个对应的宽带有限长单位冲激响应滤波器对待发射宽带干扰信号进行整体幅相调制。为获得最佳滤波器系数,采用线性约束最小功率准则对波束形成器进行设计及优化。通过消除旁瓣约束式的频率依赖性,并将滤波器系数求解问题的解析形式转化为相应的SOCP形式,降低了优化难度。仿真结果表明,该方法可以较好地解决相应约束条件下雷达干扰宽带数字波束形成优化设计问题。     

旋转球体宽带时延-时间伸缩声成像方法分析

使用宽带处理和小波变换理论对延展目标进行主动声成像.在对均匀密度的粗糙球体和常用的窄带散射函数模型进行分析的基础上,研究了对于球体模型的宽带扩展函数(WBSF)及其与球体相关的参数,讨论了通过使用小波变换方法来处理模型中存在的奇异值,最后,通过计算接收信号的小波变换对宽带扩展函数进行估计.     

一种基于Wavelet-Radon变换的宽带双曲调频信号检测方法

动物回声定位所用超声波具有双曲调频的形式,充分利用仿生信号的特性可以提高水下信号处理系统的性能.阐述了宽带仿生信号的时间-尺度特性,针对直线形式的回波小波峰脊,将宽带目标回波检测问题转化为小波变换2D平面上的直线检测问题,提出了一种基于Wavelet-Radon变换的宽带仿生信号检测方法,并进行了仿真验证.结果表明,该检测方法充分利用了宽带仿生信号的特性,同时也验证了选择宽带双曲调频信号作为发射信号的合理性.     

宽带多普勒声纳信号波形设计

宽带多普勒声纳相对窄带多普勒声纳提高了测速精度,并已广泛应用于多种载体的导航。为了研究其提高精度的机理和设计波形,从海底回波特性出发,从频域推导了窄带多普勒声纳的克拉美-罗界;利用重复相位编码信号的等效时域形式推导了宽带多普勒声纳的克拉美-罗界,分析了引起单波束测速误差的因素以及宽带相对窄带提高精度的原因;最后对波形参数与精度的关系进行了分析并给出了波形参数选择方法。数字仿真表明了理论分析结论的正确性。