基于三子阵的组合水平时反阵被动定位性能研究

在海洋波导中,单个水平阵的被动时反定位性能随声源方位的改变而迅速下降.对于一个298基元、基元间隔为1m的单个水平阵而言,当声源入射方向偏离水平阵端射方向超过70°时,被动时反定位失效.针对单水平阵的这一不足,提出了一种由三个子阵组成的组合式水平阵,三个子阵之间夹角为60°,基元数分别为100、99、99,基元间隔为1...     

基于深海会聚区声强匹配处理的声源定位方法

匹配场处理技术(Matched Field Processing MFP)近年来在声源被动定位、海洋环境声学参数反演等方面得到广泛的应用。根据深海声道中声场的会聚现象,提出了一种基于深海会聚区声强匹配处理(Matched Convergence Intensity Processing,MCIP)的深海声源定位方法。当声源和接收水听器处在会聚区深度范围内时,MCIP方法利用单个水听器即可实现声源距离和声源深度估计。对单个水听器的实测信号进行相位补偿到会聚区距离上,得到实测场声强,与拷贝场会聚区声强进行相关计算并搜索峰值来确定声源位置。数值仿真实验验证了MCIP方法,并分析了环境失配情况下MCIP的估计性能。     

浅海单个水听器匹配场定位的研究

对匹配场定位方法的研究是近年来水声学研究的热点。匹配场定位的基本原理是通过比较信号在接收阵上的协方关国数与假定声源位置后，按传播模型数值计算得到的协方差函数之间的相关程度来确定声源的位置。目前，对匹配场定位的研究大多采用长垂直接收阵，且只局限于数值模拟，但是在海洋实验中想要随时记录一个垂直阵的各种参数（如倾斜度和倾斜方向等）是很困难的，因此我们着重研究了利用单个水听器的匹配定位。在处理方法上，我们研究了对宽带信号的波形相关和包络相关两种方法，并对声源的深度和距离进行了匹配定位。首先，我们在均匀层…     

一种实现目标定位与跟踪的新方法

本文介绍了一种采用圆周阵对目标声源进行被动定位和跟踪的方法，与线阵不同，圆四可对目标进行全方位跟踪，且测距精度不受目标方位变化的影响，文中给出了圆周阵的测距，测向公式，并从理论上分析了测距性能，计算机仿真结果验证了理论分析的正确性。     

拖曳阵对浅海声场的响应

本文从理论上沦述了拖曳阵对等声速浅海点源声场的响应。根据对声场所作的波动理论分析,揭示了声源位于基阵端射方向时的几个很有趣的效应。由于在垂直方向有简正波模态能量分布,会出现波束的展宽或者分裂,也会导致基阵抑制信号。后一种现象可用信号增益来表征,信号增益通常比基阵的方向性指数小。本文还论述了其它一些特性,如距离平均效应,基阵输出同声源深度-接收器深度组合的关系,以及信噪比由风噪声限制时系统的噪声增益。     

被动定向浮标阵定位误差仿真分析

仿真分析了被动定向浮标阵为正三角形阵时,阵元间距等几种因素对利用最小二乘法解算目标位置精度的影响。仿真结果表明,在相同的位置误差和测向误差下,当目标在一定范围内时,阵元间距增大,定位误差增大,当目标位置超出该范围后,浮标阵定位误差急剧增大,阵元间距大的浮标阵定位误差反而小;在其它条件相同时,位置误差(测向误差)增大,定位误差增大。因此,为提高三角形阵的定位精度,应尽量提高浮标的测向精度和浮标位置精度;使用中应根据浮标性能和实际使用需求选取合理的布阵间距。     

基于ac-MVDR高分辨算法的被动时反近场声源定位方法研究

为了克服多途效应对水下复杂结构声源的近场定位精度的影响,研究了基于幅度相位联合补偿的MVDR(ac-MVDR)算法的被动时反近场声源定位方法,该方法一方面将幅度补偿引入到MVDR近场聚焦波束形成中,充分利用声场的幅度相位信息重建声源平面上的噪声源空间位置分布,实现高分辨定位;另一方面可综合多途信息,对信号进行空时被动聚焦的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。通过仿真和实测数据的处理分析表明,该方法可有效的克服多途干扰,提高水下声源的近场定位精度。     

二维MUSIC近场被动定位方法

介绍了一种高精度的近场被动定位方法——二维MUSIC被动定位方法。它是一种在距离和方位上进行二维联合搜索的高精度被动定位方法。将MUSIC（多重信号分类）算法与近场聚焦波束形成方法相结合,能大大提高对近场目标的定位精度。先推导了基于均匀线列阵的二维MUSIC近场被动定位方法的定位原理,通过仿真比较了二维MUSIC被动定位方法与常规聚焦波束形成的定位性能,仿真表明,二维MUSIC被动定位方法的定位性能要明显高于常规的聚焦波束形成被动定位方法。并仿真了该方法在不同的阵元间距以及不同的目标距离时的定位性能,验证了该方法的可行性和有效性。     

F湖单水听器宽带匹配场定位的实验研究

基于波形互相关的一种快速实现方法,我们在F湖开展了单水听器宽带匹配场被动定位的实验研究.本文介绍了定位原理、实验方法,对定位实现中的主要问题进行了讨论,提供了实际定位结果.研究表明在F湖利用单个水听器实现宽带水下声源的匹配被动定位是可能的.     

Chan算法在海上声源定位测量中的应用

针对到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）体制下海上声源定位测量问题,研究了Chan算法在定位测量中的应用。建立了基于TDOA体制的海上声源被动定位模型,推导了Chan算法求解TDOA定位方程的步骤,采用了蒙特卡洛数值方法对Chan算法与初始值选择真值的泰勒（Taylor）级数展开法在不同阵元数条件下的定位精度进行了比较,得出了Chan算法在海上声源定位测量中应用条件及基阵布设原则。仿真结果表明,在一定条件下,Chan算法可应用于海上声源定位测量且定位精度较高,研究结果可为海上声源测量系统定位算法设计及基站布设提供参考依据。     

基于平面传声器阵列的声源定位系统

对阵列的特性进行了研究,并提出了一种优化的64阵元平面螺旋阵列。这种64阵元平面螺旋阵列的阵元分布在以阵列中心为轴心的8条螺旋上,并且具有较窄的主瓣宽度和较低的旁瓣级。基于这种优化的阵型,研制了一种声源定位系统。研究分析了该阵列的探测性能,并通过实验数据对该声源定位系统的性能指标作了验证和评估。利用波束形成算法进行声源定位,通过仿真和实验分析,证明了这种阵型优化的阵列在声源定位应用中的有效性。     

浅海波导中垂直时反线阵聚焦研究

在浅海波导中,垂直阵可以跨越整个波导,并能对大多数简正波模态进行精确采样.在给定声源及海洋环境信息的条件下,通过MOATL简正波模型仿真计算出到达垂直时反阵位置处的波形,即垂直时反阵的接收信号,将接收信号时间上取反,通过以KRAKEN简正波模型计算得出的返回声信道,在声源处取得了较好的聚焦效果.并分析了垂直阵基元数、基...     

基于基阵不变量理论的水平阵被动估距方法研究

针对浅海水平阵测距问题,研究了一种基于浅海基阵不变量理论的瞬态声源估距方法,该方法利用了基阵常规波束形成后的被动波束-时间强度数据偏移不变性原理,相比于波导不变量的方法,它具有不需要多模态干涉和波导环境先验知识的优点。仿真和试验数据分析结果表明,所提方法在不需要波导环境参数信息的条件下就可实现对脉冲声源的准确定位。     

阵间模基处理被动定位技术研究

随着目标声源级不断减小、环境噪声级不断增大,常规的基于单节点的被动定位方式已经不能满足声纳探测的需求,因此提出一种新的将网络化探测系统和模基处理技术相结合的被动定位方法,可以从空间不同角度对目标进行观察并充分利用环境声场的复杂性对目标进行定位。模基处理方法主要有匹配场处理、匹配模处理等,以匹配场处理为例进行分析,将常规波束形成(Conventional Beamforming, CBF)、自适应波束形成(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)两种匹配场处理器和阵间相干、非相干信号处理方法相结合进行仿真,对单阵和多阵、MVDR和CBF、相干处理和非相干处理、宽带和窄带之间的定位性能进行了对比。仿真结果显示,基于多节点的阵间模基相干处理方式在定位性能上明显优于单节点的模基处理结果。     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

对听觉空间感的再认识

人类不借助视觉，仅凭耳朵就能够准确地辨别出声源的左右、上下和前后的空间位置，这就是听觉的空间感。根据现有的研究成果，我们知道，用双耳听音时，人耳在水平方向上对声源方向的辨别要比垂直方向好一些。当声源处于听音者的正前方时，即水平方位角为0度时，一个正常听觉的人，在安静无回声的环境中，可以辨别1至3度的水平方位的变化和左右耳间0.5至1分贝的声级变化；在水平方位角为0至60度范围内，人耳有非常良好的方位辨别能力，而当方位角超过60度时，方位的辨别能力就会迅速变差。在垂直方向，人耳定位能力虽然相对水平方向而言略差…     

两种声学阵列的定向精度分析与仿真

声学阵列设计在直升机被动声定位中具有十分重要的意义。本文给出了四阵元十字阵和五阵元十字阵的目标定位方程,分析了其定向精度,并就直升机被动声定向进行了计算机仿真。结果表明,五元十字阵的性能要优于四元十字阵。     

特殊的俄罗斯新型舰用吊放声纳-“灶神星-k”(ВЕСТА-К)

俄罗斯“海洋仪器公司”生产的“灶神星-k”新型舰用吊放声纳,适用于中小型水面舰艇。该声纳由发射阵和支臂展开式接收阵构成,能以主动方式探潜和自动跟踪,并对目标进行定位。此外,该声纳还具有鱼雷报警和跟踪、低频水声通信、目标识别与分类以及被动测距等功能。阵的吊放深度为400m,发射(单频、调频和复合信号)频率为2.5kHz,声源级为200dB/Pa,干端和湿端重180kg。与欧美国家相比,该型声纳有其独特之处。声纳的湿端如右图所示。特殊的俄罗斯新型舰用吊放声纳-“灶神星-k”(ВЕСТА-К)@栾波     

大气次声源定位算法及误差分析

逐步多通道相关方法是定位次声源的主要方法。该方法会忽略阵元的海拔高度差,从而引入误差。文章分析了基于广义互相关的时间延迟估计算法,讨论了基于时延的平面波入射角定位方法。着重研究了逐步多通道相关方法的误差来源,确定了基于时延的定位方法是产生误差的主要原因,明确了大气次声源定位误差来源于忽略了阵元间的海拔高度差。基于最小二乘法推导了在不考虑阵元高度的情况下计算次声波入射角的方法。对存在高度差的4元中心三角阵型进行了误差仿真实验,在忽略阵元海拔高度差的条件下,各方向入射的次声波角度定位误差最大达到4°,特定阵型的阵元最大海拔高度差与入射角度计算误差成线性关系,并探讨了入射角度计算误差对主要参数和后续定位的影响。     

主/被动联合多基地航空搜潜定位及误差分析

根据主／被动联合多基地航空搜潜中主动声源、目标、被动接收器之间的空间几何位置关系,建立了目标位置的数学模型,确立了目标空间位置与主动声源-被动接收器声传播时间、主动声源-目标-被动接收器声传播时间、浮标方位角之间的关系;在此基础上,建立了各参量测量误差对目标定位误差影响的数学模型;最后,对所建定位及误差模型进行了仿真分析。