大孔径高频阵超高指向性测量的子阵分解方法

猎雷声呐这类小目标声呐的高频阵,波束极窄,通常在0.1°～0.2°范围,远场距离很远,约在三四百米以上.在常规球面波声场条件下测量指向性难以实施,近距离测量又不符合远场条件.本文将阵分成若干子阵,子阵的波束宽,远场距离近,可以先在近距离测量各子阵的复数指向性,然后推算总阵的指向性.测量是在邻近区以内的准球面波声场进行的,实验结果很好地验证了所提出的原理和方法.     

一种纵振换能器实现束控的方法研究

以纵振模式中高频压电换能器有效工作面形状、面积为变量,研究其收发指向性随工作面积权加权的变化规律。参考浅海多波束声呐接收阵元设计要求,用SYSNOISE软件仿真计算了几种不同工作面形状换能器的接收指向性图,选用一种接收阵元的仿真参数制作了换能器实物,样品测试与仿真结果较一致。     

主动声呐阵元信号监测仪系统的开发

介绍了一种基于信号处理机的主动声呐阵元信号监测仪系统,该系统具有基阵阵元测试、声学谱级测量、指向性测量、幅相一致性测量和混响级测量等功能。首先介绍了该系统的硬件平台、软件平台及主要功能,之后详细介绍各主要模块的设计流程及实现,最后给出实录信号分析结果,应用情况表明该系统稳定可靠,使用便捷,功能全面,可明显提高主动声呐设备的研发速度和试验的效率。     

远离航道海域低频海洋环境噪声垂直指向性

海洋环境噪声垂直指向性是声呐背景场的典型空间特性之一,既可体现噪声源的空间特性及其传播特性,还可用来反演海洋环境的特征参数。分析了南海某岛礁海域实测海洋环境噪声的垂直指向性,发现当接收阵远离航道时,低频海洋环境噪声垂直指向性的主瓣集中在-30°～30°范围内(0°对应水平方向),且水平方向不存在凹槽。基于舰船自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)航船分布数据得到简化航道区域航船噪声源模型,利用3D射线声传播算法,结合实际岛礁海域地形数据,计算的低频海洋环境噪声垂直指向性与实测数据处理结果相符。研究结果表明,当接收阵距航道较远时,由航道航船引起的低频海洋环境噪声以接近水平方向入射垂直接收阵,研究结果可为声呐在远离航道海域的性能提高提供技术支持。     

水平长线阵在浅海多途信道中的指向性分析

基于简正波模型研究了浅海多途环境下的水平长线阵的指向性。结果表明,由于接收信号中各阶简正波的相互干涉作用,偏离正横时,指向性图的主瓣略窄,而旁瓣丌高较多,从而使实际阵增益和作用距离减小。研究结果对线列阵声呐的探测性能预报具有一定的参考意义。     

大尺寸发射换能器基阵指向性指数的远场测量

利用常规的远场测量技术和确定采样间隔的“九点采样法”,在4π立体空间内对大尺寸换能器基阵指向性函数进行采样,用计算机计算了它的指向性指数。按照该方法给出了一个圆柱扇面发射阵指向性指数的实测例子。结果表明,用两种采样间隔测量、计算得到的指向性指数值相差不到0.1dB     

四分之一波长间距阵抗拖船干扰研究

为改善拖曳线列阵声呐的尾向探测能力,降低拖船噪声对半波长间距阵尾向探测性能的制约,本文关注四分之一波长间距阵对连续波信号和带限噪声的响应。研究表明,四分之一波长间距阵具有非对称的端向指向性,与半波长间距阵相比有约20 d B的空间抑制能力,能有效抑制拖船辐射噪声干扰。本文还提出用零陷权组合传感器构成四分之一波长间距阵,理论上其抗拖船噪声干扰的效果比四分之一波长间距阵更好。     

矢量线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能

研究矢量均匀线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能。水听器可同步共点地测量声场的声压和质点振速,为一具有指向性的空间共点阵,从而能够解决单线阵声呐的目标左右舷模糊问题。文章分析了采用不同波束形成方法时矢量阵广义Cardiod处理和声强处理的目标左右舷分辨性能,并利用海试数据进行了验证。研究结果表明:自适应波束形成具有比常规波束形成更佳的左/右舷分辨性能,且对矢量阵处理而言,广义Cardioid处理更为稳健和实用。     

成像声呐中聚焦波束形成技术研究及实现

介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可完成成像声呐近场范围内分辨力的改进。通过乒乓操作和并行结构提高处理速度,实时产生72个波束。实验结果表明,所设计的聚焦波束形成器使某型成像声呐近场分辨力得到了提高。     

小型综合平面声呐阵的研制

一、概况 本文所介绍的小型综合平面声呐阵是测深测潜测波测冰综合检测声响中的一个必不可少的重要部件。本声呐阵的主要特点是小型多功能。根据总体方案设计要求,水下声呐阵共分两大系统:(一)高频测潜测波测冰收发系统及(二)高低频合一测深收发系统。此综合检测声响对两个声系统的指向性开角及发射功率均有特定的要求。如对系统(一),-3dB开角测波时为窄波束而测潜测冰时为宽波束;对系统(二),-3dB开角均为宽波束,并要求发射功率分档选择可调。所以,声呐阵的结构设计在本研制项目中尤为重要。 为了满足总体设计方案要求,对系统(一)我们采用…     

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。     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

矢量水听器性能参数测试及分析

随着声呐探测系统性能和稳定性的不断提高,矢量水听器因能同时共点测量声波的声压和振速信息,已开始应用于声呐探测系统。为保障海上实验,设计制作了胶囊形三维压电同振式矢量水听器。依据比较法测量原理,分别在驻波声管和消声水池中,对矢量水听器的x、y、z和p通道的低频段和高频段进行了灵敏度和指向性测试。测试结果表明,该型矢量水听器灵敏度较高、指向性较好,能够满足海上实验的需求。     

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。     

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.     

密排平面阵辐射声场分析

研究了声场分布计算射线声学和波动声学的基本理论,用解析法和声有限元-边界元法计算了平面阵辐射声场的指向性和波束宽度,分析了指向性和波束宽度随频率变化的规律。在消声水池中对研制出的密排平面九元阵的指向性和波束宽度进行了实验测量。测量结果表明,采用阵元第一谐振频率半波长布阵时频带内互辐射对指向性影响较小,在声波频率较高时,两种算法的计算值和实测值基本吻合,并且比较了两种算法计算声场指向性的适应范围和优缺点。     

大孔径线列阵的近场指向性和聚焦声场

本文分析线列阵在菲涅尔近场区的指向性特性,指出它的异常变化;讨论改善近场指向性的办法,即聚焦问题。在近场某点进行聚焦,补偿二次曲面的相位,能在该焦点获得与远场指向性完全相同的图案,但对于偏离焦点的距离,仍会出现类似菲涅尔近场的畸变指向性。     

基元振幅不一致性对圆柱阵指向性特性的影响

专门讨论了基元振幅不一致性对圆柱阵指向性特性的影响。圆柱阵母线上基元的不一致性对圆柱阵水平指向性毫无影响;圆柱阵垂直指向性主要取决于母线的指向性,因而能用线阵的布阵设计来预估圆柱阵垂直指向性特性。     

体积阵虚拟障板波束形成探讨

针对航空声呐体积阵的特殊情况提出了虚拟障板的方法,通过构造虚拟的障板使接收信号经过处理后具有一定的指向性,提高系统性能。进一步通过比较虚拟障板法得到的权系数与常规阵列自适应波束形成权系数的性能,表明了虚拟障板法的宽容性和有效性。     

大孔径线列阵的近场指向性和聚集声场

本文分析线列阵在菲尔近场区的指向性特性，指出它的异常变化；讨论改善近场指向性的办法，即聚集问题，在近场某点进行聚集，补偿二次曲面的相位，能在该焦点获得与远场指向性完全相同的图案，但对于偏离焦点的距离，仍会出现类似菲涅尔近场的畸变指向性。