平面阵波束形成算法效率比较

二维平面阵声呐系统所采用的阵元个数、形成波束的数量都较一维线阵声呐系统高一个数量级,数据处理量巨大,对信号处理机的实时处理能力要求非常高。如何提高二维波束形成算法的效率是工程实现二维平面阵声呐系统的关键,本文讨论了三种二维平面阵波束形成算法,并对这三种算法进行了计算效率和波束性能的对比。     

估算实际阵指向性指数的一种简捷方法

本文给出一种估算实际阵(real array)指向性指数的简捷方法。这一方法只需预先对所设计阵的指向性进行计算机辅助设计计算和通过试验测得阵的水平波束和垂直波束宽度,它同其它估算方法相比更简单、更便捷、更实际。     

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。     

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。     

声呐阵远场空间指向性的近场测量法

阐述用近场法(赫姆霍兹积分法)在换能器和声呐阵的近场进行测量并推算它们的远场指向性的基本原理。以实例说明,用不同的近场测量面测量圆柱形声呐阵的指向性,能够得到令人满意的结果。     

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。     

干扰存在时被动声呐工作背景建模与分析

在实际应用中,声呐的工作背景除了各向同性背景噪声外,通常还会存在干扰。干扰存在时经典的被动声呐方程存在一定的局限性。在经典被动声呐方程的基础上,讨论了干扰对被动声呐工作背景的影响。提出了一种更加实用的工作背景模型,并详细分析了波束域的工作背景模型,应用此背景模型对经典被动声呐方程进行了修正,修正后的方程可用于干扰存在时被动声呐的性能预报。最后通过不同干噪比条件下的仿真验证了波束域工作背景模型的正确性。提出的工作背景模型可为被动声呐设备在干扰存在条件下的性能预报提供参考。     

一种高精度水下成像声呐性能实验研究

多波束测深声呐作为一种用于水下成像的声呐,已经成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一,所介绍的多波束合成孔径声呐是结合了合成孔径声呐技术和多波束测深技术的一种新型成像声呐,可以更好地满足水下地形地貌的探测需求。基于多波束合成孔径声呐理论,构建该声呐模型系统进行相关实验验证。实验中将直径13 cm的空心双球分置于基阵单侧入水,发射信号是中心频率为180 k Hz,脉宽为1 ms,带宽为8 k Hz的线性调频信号,在航迹向的不同采样位置以无指向性的声源对其进行照射,经过合成孔经处理得到高精度的多波束合成孔径声呐图像,通过与多波束测深声呐及侧扫合成孔径声呐的成像结果进行对比,验证了多波束SAS成像理论的有效性和正确性,并在此基础上分析多波束合成孔径声呐的优缺点,为进一步研究提供参考依据。     

按指向性因数部分值确定基阵指向性指数

本文给出了一种按指向性因数的部分值经过严格数学处理求得实际基阵(real array)指向性指数的方法。特别指出复合阵的指向性指数并不是互相垂直的两个子阵的指向性指数的平均值。比较实例的理论计算和测试数据表明,这种处理方法是正确的和行之有效的。     

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.     

一款高频弧形换能器

多波束图像声纳广泛应用于水下工程实施、浅海地貌测绘、蛙人和水雷等水下小目标的探测识别,高频弧形换能器是多波束图像声纳的重要组成部分,用于发射高频宽波束声波.通过理论公式计算了宽波束高频弧形换能器的指向性图,分析了指向性特征：主波束内存在连续的震荡起伏,震荡幅度由中心向两侧逐渐增大,在波束边缘处出现最大值,波束中心幅值比最大值减小1~2 dB左右.采用1-3型压电复合材料,研制了一款宽波束发射的高频弧形换能器,换能器谐振频率为440 kHz,最大发送电压响应为162 dB,-5 dB水平开角为107o,-3 dB垂直开角为26o,可应用于多波束图像声纳.     

一种空间匹配的高速飞行目标轨迹估计方法

针对低空高速飞行目标轨迹估计问题,提出了一种利用多阵列进行空间匹配的轨迹估计方法。该方法首先对探测范围内的空间点进行划分,计算其相对于阵列参考坐标的真实方位角与俯仰角并建立字典进行存储。将传感器阵列接收到的信号进行分帧处理,对每一帧数据计算波达方位。理论上,在探测范围内,高速运动目标为直线运动。在理想情况下,对于单个阵列,每一帧数据得到的方向矢量与参考坐标所构成的直线均处于同一平面。对每一帧数据估计得到的波达方位在字典上进行匹配,找到误差最小的N个空间点,进行直线拟合。再对由两帧以上数据得到的直线进行空间平面拟合,得到估计平面。两个阵列所得的估计平面的相交直线即为高速飞行目标的估计轨迹。仿真结果验证了高速飞行目标的轨迹估计算法的有效性。     

宽带水声参量阵指向性设计与实验验证

利用宽带水声参量阵可产生高指向性宽带低频声束,推导了宽带水声参量阵生成低频声束的自解调理论模型,对其换能器指向性进行了分析与设计,并研制出了宽带水声参量阵样机。测试结果表明：该样机产成的2 kHz声束的-3 dB指向性锐角约为2.6°,具有很好的指向性,且旁瓣抑制效果好,能够产生无旁瓣的高指向性低频声束。这为解决浅海水声通信的多途干扰、远程水声保密通信等问题提供了一条新思路。     

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。     

乳化炸药空中爆炸冲击波衰减规律的研究

为了研究乳化炸药空中爆炸冲击波的衰减规律,利用空中爆炸测试系统测定了乳化炸药空中爆炸的冲击波超压。根据试验数据,提出了描述冲击波超压峰值与比例距离关系的修正经验式,并将试验数据和经验公式计算值进行了对比分析。结果表明:当比例距离z=L/W~(1/3)≤2.4时,修正公式与除Mills公式以外的其他经验公式吻合得较好;当z=L/W~(1/3)2.4时,修正公式与所有经验公式基本吻合。通过对比,乳化炸药空中爆炸修正经验式可应用于工程爆破实践,对于减少空气冲击波危害具有重要的理论和实际应用价值。     

水压爆破药量计算公式简评

列举了一些常用的水压爆破药量计算公式 ,并对它们进行了简单的评述。通过分析国内外钢筋混凝土结构物水压爆破工程实例认识到 ,对于钢筋混凝土结构物水压爆破拆除 ,以常用公式中的药量系数k来估测爆破效果 ,往往出现较大的误差。作者推荐根据冲量及能量准则导出的公式 ,提出用破碎程度系数F=5Q/Q0 0 5作为爆破效果判断指标的观点。     

水压爆破药量计算公式简评

列举了一些常用的水压爆破药量计算公式 ,并对它们进行了简单的评述。通过分析国内外钢筋混凝土结构物水压爆破工程实例认识到 ,对于钢筋混凝土结构物水压爆破拆除 ,以常用公式中的药量系数k来估测爆破效果 ,往往出现较大的误差。作者推荐根据冲量及能量准则导出的公式 ,提出用破碎程度系数F=5Q/Q0 0 5作为爆破效果判断指标的观点。     

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。     

传统压痕法识别陶瓷材料断裂韧性的有效性研究

基于虚拟裂纹闭合法对传统压痕法测试陶瓷材料断裂韧性的数值模型进行计算,以此为基础,分析比较传统压痕法的几种典型公式识别陶瓷材料断裂韧性的测试误差和所测材料的适用范围。结果表明:传统压痕法的Anstis公式较Evans公式,Lawn公式,JISR公式和Niihara公式,在材料比功0.3≤We/Wt≤0.45时所测断裂韧性值与理论计算值较为接近,其最大误差为12.9%,测试结果相对准确;当0.45We/Wt≤0.7时,传统压痕法对陶瓷材料断裂韧性的测试误差随比功增加迅速增大,特别是当We/Wt=0.7时,Anstis公式,Evans公式,Lawn公式,JISR公式和Niihara公式所测断裂韧性值与理论计算值的最大误差分别为70%,148.5%,48.8%,98.7%和166.6%,在此材料比功范围内传统压痕法所测断裂韧性值误差较大。