压差式矢量水听器指向性分析

0引言矢量水听器在复杂的水下环境中有突出的优势,在实际应用中变得更加广泛[1]。压差式矢量水听器在低频段工作时有指向性好和灵敏度高等优点,相对于同阵型矢量水听器压差式矢量水听器不用考虑悬挂方式带来的影响。但是在压差式矢量水听器的设计和实际应用中都要考虑其尺寸、工作频段和指向性性能之间的关系。     

矢量水听器工程局限性剖析

重点研究了矢量水听器在工程应用方面的特点和局限性。首先给出了矢量水听器及其阵列的数学模型和它的性能特点;接着对矢量水听器和传统声压水听器在浮标/潜标平台、拖曳式平台以及水下航行器平台等应用情况下的性能进行了比较分析。结果表明,在浮标/潜标平台上,使用矢量水听器有利于低频时的目标探测,可以显著降低阵列孔径;而在拖曳阵及航行器等移动平台上,由于受流噪声、运动平台辐射噪声等因素的影响,矢量水听器的性能优势不易发挥。     

一种单矢量水听器通道增益一致性分析方法

单只矢量水听器通道增益一致性对空间谱估计结果有很大的影响。通过理论推导证明,当单矢量水听器声压通道增益不同于两路振速通道时,最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR)算法空间谱谱峰变宽,并且可能产生伪峰;当一路振速通道增益不同于另外两路通道时,MVDR算法空间谱估计值与真实值存在偏差,且可能存在伪峰,仿真分析验证了理论推导的正确性。根据分析结果,结合通道增益一致性对多重信号分类(MultipleSignal Classification, MUSIC)算法的影响,提出了一种判断单矢量水听器各通道增益一致性的分析方法。     

单个矢量水听器空间处理增益分析

本文把单个矢量水听器看做传统意义上的一个声压阵,进行了常规波束形成和乘积波束形成.对照声压阵的阵增益形式,对单个矢量水听器的空间处理增益进行了理论上的分析.文中给出了白噪声背景下和球形各向同性噪声背景下单个矢量水听器的阵增益计算公式.理论分析表明,在一定的组合方式下,一个矢量水听器比一个声压水听器最大可有7.8dB的空间增益.可以形成单边指向性,克服水听器成阵后的左右模糊问题.这些都说明矢量水听器有极大的工程应用价值.     

测量超声场声强用组合式水听器的设计方案

介绍1种可用于测量超声波声场强度的新型水听器。它是由声压型水听器与振速水听器在结构上组合为一体而构成,文中描述了这种水听器的基本结构型式,工作原理及特性。     

基于单矢量水听器空间谱增强的MUSIC算法

针对单矢量水听器多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法在低信噪比条件下,存在谱峰宽度变宽、估计精度变低等性能恶化的问题,提出一种基于单矢量水听器空间谱增强的改进MUSIC算法。该算法的基本原理是:单声源入射到单只矢量水听器上时,加一参考信号源,若两者方位相同,则同方位叠加使空间谱增强;若两者方位不相同,则两方位合成,使空间谱估计产生偏差。因此,改变参考信号源的方位,当参考信号源的方位与信号源的方位一致时,将使谱峰得到增强,此时空间谱达到最大值,其对应的角度即为信号源的方位角。仿真分析及实验数据处理结果表明,与常规MUSIC算法相比,该算法具有更尖锐的谱峰、更高的估计精度,能够实现更好的空间谱估计。     

矢量水听器阵列自适应子空间跟踪算法

矢量水听器能同时共点获得声场中声压和振速,与其他水听器相比,能获得更多的信息量,具有很好的应用前景。矢量水听器阵列的MUSIC算法能实现360°无模糊方位估计,然而对于方位时变的目标源,该算法很难完成对上述目标源方位进行实时跟踪估计。鉴于此,将MALASE算法和MUSIC算法相结合,提出了一种矢量水听器阵列的自适应子空间跟踪算法。仿真结果表明,该算法既保留了MUSIC算法的性能,又实现了对目标源进行实时跟踪估计,且方位估计误差仅为0．4°左右。     

弛豫铁电单晶压差水听器有限元设计

分析了[001]切型PMNT弛豫铁电单晶各向异性的压电特性,利用有限元软件对PMNT弛豫铁电单晶压差水听器进行仿真计算,设计制作了压电三叠片压差水听器。仿真与测试结果表明:[001]切型PMNT弛豫铁电单晶可近似等效为横观各向同性材料,在轴对称结构压差水听器设计中具有一定的应用优势,压差水听器的测试结果与有限元仿真结果相符。     

单矢量水听器目标方位估计

矢量水听器由于其不但能获取声场中的声压信息,还能获取质点振速这一矢量信息,所以给其信号处理带来了更大的空间.单个的矢量水听器由于其具有这一特征,就能对声场中的目标进行方位估计,而且由于振速为矢量具有方向性,故不会出现左右弦的模糊问题,在工程应用上也由于其小的尺寸而受到重视,本文针对单个的压差式矢量水听器,利用其声压和振速的相关性;对单个的目标进行方位估计仿真,并用水池试验数据进行了验证.     

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。     

基于单矢量水听器弱信号值班检测系统

采用平均声强作为检测量,设计出一种基于单个矢量水听器的低功耗弱信号值班检测系统。针对矢量信号特有的 90°相移、指向性零点、相乘再积分、正负双极性等问题,设计了宽带全通 90°移相网络、双通道检测、1Bit模数混合乘法器、定时放电、绝对值检测等功能电路。系统设计中兼顾高增益、低功耗、稳定可靠等实际需要,并选用微功耗模拟器件。系统仿真研究显示,该系统作用距离超过 2km。初步设计制作的实验电路板,工作带宽达到1. 8kHz,工作电流 5mA,稳定可靠。     

基于现代信号处理技术的舰船噪声信号DEMON分析

DEMON分析是舰船噪声目标识别的重要分析手段之一。通过DEMON分析可以获得诸如舰船螺旋桨转速、螺旋桨叶片甚至舰船的车数等不变的舰船物理特征。在过去的DEMON分析中,通常采用经典的周期图方法。本文采用了高阶谱分析、小波的子频带分析以及基于互相关函数矩阵奇异值分解等方法,对舰船噪声信号进行了分析。从对大量的舰船噪声信号的分析来看,在大多数情况下现代谱分析技术具有优势,但并不是所有情况下其性能均优于周期图方法。     

通用语音信号处理系统的实现

本文描述一个通用语音信号处理（ＳＳＰＳ）软件，它汲取现代软件设计的先进经验，融通用性、灵活性和艺术性为一体，可作为语音信号处理实验的有力工具。     

基于足底压力信号的步态识别

设计了一款基于足底压力传感器的足底测力系统,对压力传感器进行选型布局,设计信号调理电路,对采集到的压力信号进行放大及滤波处理,搭建硬件平台,设计信号采集界面;进行传感器标定实验以及足底测力系统实验,采集测试对象以不同步速进行平地行走以及楼梯行走时的足底压力信号;对采集到的足底压力信号进行比例运算,确定模糊集,设计隶属函数,以比例信号作为输入量进行模糊化处理,采用Larsen产品暗示法作为推理算子建立模糊规则推理,根据模糊输出信号识别出步态相位。     

基于小波变换的激光超声信号处理研究

激光超声是利用激光照射在媒质中产生的一种超声波,与传统的压电技术相比,它具有非接触,宽带,能定量检测以及时空分辨率高等特点,现已广泛用于材料的无损检测[1,2,3],然而,在对超薄材料的声速的测量中,需要精确测量直达波和回波的时间间隔,但由于受激光超声本身,声传播介质,传感器和测量系统等多种因素的影响,所采集的信号往往是比较复杂叠加波形,如何从中提取有用的波形信息,是测量超薄材料声速的关键.     

用EPROM编码实现的增量码信号处理系统

为能有效地滤除各种不符合相序的干扰脉冲信号且其他性能参数(如测量速度等)不受影响,设计了一种采用EPROM编码反馈技术实现四细分辨向的增量码信号处理电路.系统以大规模集成器件8253作为计数器件,用单片机89C51完成测量运算及控制功能,使得系统结构大为简化,并具有较强的抗干扰性能及较高的智能化程度.该系统可用于光栅、激光干涉仪等输出非调制信号的增量式测量装置的信号处理.     

基于FPGA的二维PSD信号处理系统设计

为实现对入射光斑位置坐标的精确测量,设计以FPGA为核心的二维PSD信号处理系统。针对窄脉冲激光照射下前置放大放电路,建立相应等效噪声模型,引入频率对电路输出电压噪声的影响得到提高电路分辨率措施。搭建自动增益控制电路,并结合FPGA给出的相应增益控制策略实现对幅值大动态范围变化的光电流合理放大。设计峰值脉冲检测电路实现窄脉冲信号峰值的准确测量,其测量误差小于3%。通过FPGA设计状态机实现A/D芯片模式配置和数据读取,并搭建相应坐标解算模块和串口模块,实现入射光斑坐标的解算与传输。实验表明该系统测量非线性度小于10μm,测量精度高。     

Variational principles and finite element analysis for polarization gradient theory

The equations of classical polarization gradient theory are studied using variational methods and finite element analysis. Variational principles are derived and specialized to represent the cubic centro-symmetric crystal structure. An isoparametric nine node axisymmetric finite element is developed and used to demostrate the application of the theory. An analysis of the effects of a point charge in a semi-infinite isotropic halfspace including surface tension effects is computed.