矢量水听器阵列虚拟阵元波束形成

在信号频率一定的情况下,常规波束形成方法需要通过增大基阵孔径来提高目标方位的估计精度,但这会受到实际工程应用的限制。在研究矢量水听器波束形成的基础上,提出了基于Taylor级数展开的虚拟阵元波束形成方法。该方法针对有限尺度双十字阵型的矢量水听器基阵,根据已知阵元接收的数据,运用Taylor级数展开方法估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟意义上得以扩大。从而改善了阵列的波束性能,窄化主瓣和抑制旁瓣,实现了空间分辨率的提高。仿真和试验数据结果证明了该方法的有效性。     

基于恒定束宽波束输出的宽带相干源高分辨测向

本文给出了基于恒定束宽波束输出的宽带相干源分辨测向方法。计算机仿真表明本方法在降低运算量的同时,得到了优于相干信号子空间方法的方位估计性能。     

基于AR谱的声矢量传感器阵的波束形成

1引言 水声信号处理中研究的对象是声场,基于传统的声压传感器阵的水声信号处理只拾取声场的声压,而具有方向敏感性的矢量传感器测得声压的同时,可以得到质点振速等矢量信号,即同时获得p,Vx,Vy,Vz四个关于目标信息的物理量.由于获得的关于声场信息量的增加,基于矢量传感器阵的定向精度必将得到改善[1].常规的波束形成法如Bartlett法,Capon法是一种非参数谱估计法,没有将信号的可用信息结合到估计中,本文将AR模型法引入声矢量阵信号处理,将信号的模型结合到谱估计算法中,获得了更精确,分辨率更高的谱估计.     

基于洛伦兹锥规划的声矢量阵宽容自适应波束形成

针对矢量阵Capon波束形成对阵列误差尤其敏感这一不足,提出了运用洛伦兹锥规划(LCP,Lorentz Cone Pro.gramming)实现导向矢量范数约束来提高波束形成鲁棒性的方法.鉴于矢量水听器声压分量和振速分量对阵列误差敏感程度不同的特点,采用了"双线约束"的策略.将范数约束波束形成转化为LCP形式,通过内点...     

基于多普勒特征恢复的声矢量阵鲁棒自适应波束形成方法

在短快拍、信号导向矢量失配环境下,传统的自适应波束形成方法性能受到影响,对角加载技术是提高算法在复杂环境下性能鲁棒性的重要技术之一。针对水声环境和水声信号特点,提出一种基于声矢量阵的自适应波束形成方法。该方法利用水声信号的多普勒频率信息,在不同环境下自适应地选择最优对角加载因子,确定波束形成的权矢量,从而实现提取期望目标信号、抑制干扰和噪声的目的。无需任何用户参数,鲁棒性强、估计精度高。最后基于声矢量阵进行仿真实验,仿真结果证明了所提出的方法能够有效地获取目标信号,具有较好的抗干扰能力。     

基于阵列响应向量估计的宽容体积阵波束形成

0引言波束形成作为声纳系统的重要组成部分,直接影响着整体性能。通过优化波束形成权系数,为系统提高检测概率,精确定位、跟踪、识别搭建了良好的平台。然而这些优化设计都是在理想阵列流形的假设下进行的,权系数对误差比较敏感,如果实际的阵列流形发生失配时优化波束的效果将急剧降低。在体积阵中产生阵流形失配的原因有很多,     

中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构设计

针对同振型矢量水听器后期悬挂金属弹簧或橡胶绳给使用者带来不便的问题,提出一种中频同振柱型矢量水听器及其支撑结构的设计方案。通过矢量水听器振动系统对其声学特性进行分析,通过ANSYS有限元软件,利用Mooney-Rivlin理论对圆环形橡胶弹簧在压缩情况下的水平剪切刚度进行仿真计算,分析了Rivlin参数对橡胶弹簧剪切刚度的影响,并研制出矢量水听器样机。在1000~4000 Hz频率范围内,对矢量水听器进行了测试,并给出了测试结果。在1 k Hz时,声压灵敏度为-195 d B,指向性凹点深度大于20 d B。测试结果表明,此种设计免除了反复悬挂金属弹簧或橡胶绳带来的负面效应。     

矢量水听器低频绝对校准装置研究

提出了矢量水听器低频绝对校准装置。首先给出了矢量水听器绝对校准的原理,通过测量声源辐射面的加速度,利用驻波管中平面驻波声场中的声压、质点振速和质点加速度在垂直方向上的分布规律,得出了校准计算公式;之后对校准装置中平面驻波场在垂直方向上的分布规律进行了测量验证,并对测量用加速度计进行了校准;最后对待校矢量水听器的灵敏度和指向性进行了测试。结果表明:在10~315 Hz频带内,矢量水听器低频绝对校准装置在±1 d B误差允许范围内,可用于矢量水听器的绝对校准。     

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。     

单矢量水听器二维DOA估计算法

为了减小传统声压阵的布阵规模,提高传统声压阵的测量精度,利用矢量水听器的阵列流形特性,使用阵列信号处理的原理进行二维DOA估计。将单个矢量水听器理解成一个声压水听器和三个振速水听器组成的阵列,在无需知道信号先验知识的条件下,分别采用MUSIC算法和ESPRIT算法对多个不相关的单频窄带信号的二维DOA进行了估计。仿真结果表明:在高信噪比情况下,两种算法的精度都很高,优于5阵元的声压平行线阵。利用单矢量水听器能够对信号的二维到达角进行有效估计,远小于传统声压阵的布阵规模。     

单矢量水听器方位频率联合估计新方法

旋转不变子空间法和多重信号分类法需假设背景噪声为独立的高斯白噪声或自相关矩阵已知,当条件不满足时算法的性能急剧下降。针对这一问题,根据矢量水听器多通道输出的特点,提出了一种基于平行因子模型的单矢量水听器方位频率联合估计方法。首先利用矢量水听器各个通道t时刻和t+1时刻的输出数据,计算声压和各振速不同组合时的四阶累积量,并构建三阶平行因子模型;然后分析了 PARAFAC 模型低秩分解的唯一性条件并利用三线性交替最小二乘算法得到了单矢量水听器阵列流形和相位延迟估计,进而得到目标的方位和频率估计。与旋转不变子空间法和多重信号分类法相比,该方法不需要子空间估计和谱峰搜索,在高斯噪声和拉普拉斯噪声背景下对多目标的分辨能力好于ESPRIT算法。仿真和实测数据的分析结果证明了算法的有效性。     

一种改进的WSF算法在单矢量水听器多目标方位估计中的应用

文章针对单个矢量水听器的多目标方位估计,提出了一种基于加权子空间拟合(WSF)的算法,该算法首先对单个矢量水听器接收数据作一任意的时间延迟,而后仿照ESPRIT算法的思路求解阵列响应矩阵,从中抽取各目标的波达方位。该算法在保留WSF算法分辨力高、估计方差小的优点的同时,通过结合ESPRIT算法的思想,克服了WSF算法计算量大,需迭代求解的缺点。由于该算法和声源频率无关,因而可直接应用于宽带声源的测向,并避免了传统ESPRIT算法中因估计延时相位而导致的频率-方位模糊问题。文中通过数值仿真和推导Cramer-Rao下界,给出了该算法的性能评价,数值仿真和湖试实验结果也充分验证了该算法的有效性。     

双矢量潜标被动定位方法研究

为了解决双矢量潜标交会定位法在基线区定位误差大的问题,根据定位方程推导了时差定位法和交会定位法在二维坐标系下的定位误差几何稀释的最简数学表达式。依据实际双潜标系统的测量误差,数值仿真给出了两种方法的定位误差分布的等高线图,对比分析可以得出,时差定位法能很好改善基线区的定位效果,而交会定位法在远离基线区时定位性能优于时差定位法,然后通过分析目标方位对定位精度的影响给出测角误差对定位产生很大影响的原因,与数学表达式分析结论吻合。最后将两种定位方法应用于实验数据处理中,验证了数值仿真分析的结论,为双潜标定位系统的实际应用提供参考。     

矢量水听器宽带多途信号仿真及俯仰角估计性能研究

以声线理论为基础,建立了发射波形已知的声场振速信号的有限差分数值计算模型。在保证精度的前提下,仿真宽带信号所需的计算量和运算时间都大大减少,可满足实时处理的需要。通过仿真分析了浅海环境下近、远场的多途信号的到达结构及其对矢量水听器俯仰角定向性能的影响。研究结果表明：多途相干信号给矢量水听器的俯仰角估计带来严重误差,应该寻求匹配场处理或者其它信号处理技术提取直达波以改善其性能;使用等声速剖面近似弱负梯度声速剖面,对声压信号和垂直振速信号时域波形影响较小,但对水平振速的时域波形影响很大。     

Controlled focus shaping with generalized cylindrical vector beam

An optical system is proposed for the controlled focus shaping of generalized cylindrical vector beams by a high-numerical-aperture lens. A segmented electro-optical filter with four concentric belts is introduced and works with a double-λ/2-plate. By controlling the rotational angle of the plate and the voltage applied to the filter with proper azimuth angle, a three-dimensional engineered focusing field, such as an electrically controlled axial-shifted focus, extended depth of focus, and a diffraction-limited optical tube, can be achieved. The main advantage of this focusing system is that the focused field can be adjusted and formed by the applied voltage and the rotational angle of the half-wave plates. It can provide a new focus shaping technique with free adjustability and flexibility.     

双T型MEMS仿生矢量水听器的设计与测试

根据当前声纳系统的需求,以MEMS技术为依托,结合仿生原理、压阻原理,提出了一种双T型矢量水听器。在分析T型梁结构力学特性的基础上,详细介绍了两种不同尺寸微结构的设计、加工和测试。采用ANSYS软件仿真,得出两种微结构的谐振频率分别为1993.3Hz和10.17KHz;利用MEMS加工工艺加工出水听器微结构并对水听器进行了封装;采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明两种结构的双“T”型矢量水听器灵敏度达到-180dB 和 -192dB (1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有良好的“8”指向性,矢量特性明显,动态范围为90.48dB(315Hz)。