被动拖曳线列阵机动过程中的频域宽带波束形成

为了进一步提高拖曳线列阵水下工作性能,首先通过对拖曳线列阵机动(转弯)过程建模,并根据所建模型计算出各阵元的实时位置,再推导畸变阵的频域宽带波束形成,并通过仿真实验对该畸变阵波束形成理论进行验证。同时,根据实际情况的偏差分析,比较估计阵形误差大小对目标检测效果的影响,并分析其在工程上的可行性。     

固态拖线阵和液态拖线阵的试验分析

拖曳线列阵声纳以低频、大孔径等特点而受到关注。作为湿端的主要组成部分,拖线阵的发展也比较迅速。由于应用较早,液态拖线阵技术已经比较成熟。相比于液态拖线阵,固态拖线阵具有自身的特点,因此近年来对固态拖线阵的研究也逐渐增多。为了比较两种成阵工艺对拖曳线列阵性能的影响,进行了湖试,通过对湖试数据进行分析,比较两种拖线阵中阵元一致性和拖线阵波束形成性能的差异。结果表明,在阵元一致性方面,液态拖线阵和固态拖线阵的性能基本相似;在波束形成性能方面,静态时两者性能无明显的差别;在拖曳状态下,固态拖线阵对拖曳时产生的噪声敏感性低,因而具有更好的波束形成性能。     

固体拖曳线列阵流噪声试验研究

拖曳线列阵在现代海军反潜、海洋油气资源勘探中得到越来越广泛的应用。由于液体填充的拖曳线列阵机械强度低,抗蠕变性能差,使用过程中发生污染海洋环境的风险大,于是越来越多的国家开始研究固体填充的拖曳线列阵。固体拖曳线列阵具有更高的机械强度,良好的抗蠕变性能,可以在线阵全寿命期内保持圆截面特性,可靠性高,并具有抑制线阵中呼吸波和膨胀波的固有优势。介绍了固体拖曳线列阵流噪声特性试验方法和试验结果,并对试验结果及其原因进行分析。试验结果表明,频率f >40 Hz时固体线列阵的流噪声低于液体线列阵;对于串在一起拖曳的两种声学段其流噪声与前后顺序无关。     

基于多普勒-随机共振技术的高精度阵形估计系统研究

潜用拖曳线列阵声呐在拖曳过程中,随着潜艇的运动状态变化,其线阵阵形会产生一定的畸变。速度越慢,其畸变幅度越大。阵形畸变,将影响声呐的探测性能。为有效提高拖曳声呐的探测能力,需对阵段不同拖曳状态进行阵形变化研究。基于以上研究需求的基础上,使用随机共振技术和阵元多普勒频移特性,在实验室或湖上构建了阵形估计系统,该系统可对不同拖曳状态的测试阵段实时地精确估计阵形,满足拖曳线列阵声呐阵形估计技术研究的需求。     

非主轴宽带辐射噪声测量线列阵的性能仿真

对采用线列阵系统的水下大型结构的辐射噪声测量原理进行了讨论,分析了测量的要素,对非主轴方向上的目标辐射噪声测量进行了建模,给出了非主轴方向的宽带波束形成方法。通过计算机仿真,得到了主波束宽度、阵元数和阵增益之间的关系,并对计算机仿真结果进行了比较,该结果对浅海条件下的线列阵水下大型结构辐射噪声测量具有一定的指导意义。     

拖曳线列阵波束形成的级数模型

利用基阵形状的级数表示形式,借助声场中的平面波,估计阵形系数,确定每个基元坐标的估计值,恢复畸变线列阵的波束形成性能,实现未知形状线列阵的波束形成。文中提出主瓣陡度法作为判别准则,所需运算量比最大陡度法减少一个数量级以上。     

小型化线列阵研究

介绍了一种小型化线列阵,阵结构与常规线列阵最大的不同在于阵元间距小于四分之一波长。通过理论分析和仿真计算优化了各阵元的最佳权系数,获得了良好的指向性,得到了实验的证明。小型化线列阵的指向性图具有四大特点：①单向性：仅在半空间出现一个轴对称的主波束,无栅瓣和次瓣。②端射特性：主波束出现在线阵的轴射方向。③超指向性：在阵的尺寸远小于二分之一波长条件下不仅可以获得良好的指向性图,并且波束宽度随阵元间距的减小而减小。④恒定束宽特性：在阵元间距小于八分之一波长条件下,波束宽度随频率变化非常平缓。这种小型化基阵也可用于大型基阵如拖曳阵和展开式体积阵的子基阵,进行低频宽带信号的检测。     

线列阵在密闭管中的自由场校准

由于拖曳线列阵很长，工作频率很低，用常规的自由场方法是很难对其进行校准的。本文提出了一种在密闭管中测量线阵的自由场复数灵敏度和指向性图的方法。已经开发了一个初型校准系统，系统的频率范围从２０Ｈｚ到６００Ｈｚ，管中所得的测量结果与理论曲线符合很好。因此，线列阵管中校准方法是一种在低频情况下校准线列阵的十分有效的方法。     

水下超声成像观察阵的随机尖峰旁瓣问题

本文叙述了相握线列阵（等加权和非等加权）用于水下超声成像观察阵时的波束特性。根据随机误差理论。本文给出了在阵元相位、振幅随机起伏时，相控线列阵的尖峰旁瓣的估计。 此外，本文对声图像点进行了模拟观察。并将某些计算机模拟到的随机旁瓣特性与通过随机误差理论估算获得的结果进行了比较，两者基本一致。本文还详细地研究了影响尖峰旁瓣特性的诸因素。并根据随机相位、振幅误差和阵元失灵，提出了相拴线列阵的设计指标。 本文可供设计其他超声成像阵列时参考。     

三元组线列阵分裂波束目标方位跟踪方法

针对单线阵进行弱目标跟踪时容易受到强目标影响的问题,将三元组线列阵进行分裂波束定向,可提高对弱目标的方位跟踪能力。通过将三元组线列阵等分为两个三元组子阵,对两个三元组子阵分别进行心形波束形成,利用各自心形波束输出进行分裂波束处理得到目标方位。与常规单线阵分裂波束目标跟踪方法相比,该方法不但能给出跟踪目标的左右舷信息,同时提高了不同舷侧存在多目标时的目标跟踪能力。对海试数据的实际处理结果表明,三元组线列阵分裂波束定向时提高了对多目标的方位跟踪能力。     

拖曳线列阵流噪声抑制实验

拖曳流噪声主要由流激缆阵振动和湍流边界层起伏压力引起的两大类噪声组成。已有研究表明当拖曳线列阵声纳达到一定拖速后,流噪声是限制低频拖曳线列阵声纳探测性能的主要因素,因此,研究流噪声抑制方法对提高低频拖曳线列阵声纳探测能力具有重要的意义。通过设计不同测量阵段构建流噪声测量系统,利用实验测量数据研究流噪声空间相关性和流噪声抑制方法。通过研究表明,利用4~20个密排水听器构成水听器组较单个水听器在500Hz以下可提高8 dB~15 dB左右的流噪声抑制能力,同时也可通过柔性的水听器安装结构达到抑制流激振动流噪声效果。     

线列阵多倍频程宽频带恒定束宽的实现

利用N+1个嵌套线列阵在工程上实现了N个倍频程恒定束宽的波束形成.各个嵌套阵用切比雪夫加权,第I个倍频程对应的长短阵的输出信号分别通过数字低高通补偿滤波器相加后再通过第I倍频程椭圆带通滤波器,最后把N个带通滤波器的输出信号相加,则获得宽带恒定束宽的波束输出信号.文章给出了N个嵌套线列阵的宽频带恒定束宽的方向性图.     

1基于以太网的拖曳式线列阵声纳数据传输系统设计

1引言 随着低噪声潜艇和隐身技术的发展,潜艇水下辐射噪声和目标强度进一步下降,声纳探测更加困难.水面舰艇用的主/被动拖线阵声纳,具有较大的空间增益,可以利用传播损失相对较小、目标反射本领较大的低频信号,已被证明是拖线阵声纳的重要发展方向.其中,基阵信号的远距离传输是拖曳式线列阵声纳的关键技术之一.数据传输技术应用于拖曳式线列阵多传感器信号的实时数字传输,与传统的拖曳式线列阵相比,最大的不同点就是传感器信号的远距离传输采用数字信号,而不是模拟信号,这样可以克服模拟信号传输衰减、干扰大等问题.早期限制数字拖曳式线列阵发展的主要因素是数字信号传输问题,然而随着数字技术的发展,尤其是超大规模集成电路技术、光纤技术的突飞猛进,设计小型化、高速率的新型拖曳式线列阵声纳数字传输系统成为可能.     

球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成的设计

提出了一种球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成方法,该方法在常规波束形成方法和Dolph-Chebyshev波束形成方法的基础上通过平方Chebyshev多项式来计算波束形成的权值.在保持主瓣最大增益不变的情况下,通过平方Chebyshev多项式可以降低旁瓣的最大增益.因此,这种改进的波束形成在保证与前两者具有相同主瓣宽度的同时,能有效地限制旁瓣,提高声场分辨率.且在低频时具有更高的白噪声增益,从而提高球阵处理噪声的能力.仿真实验通过将这三种波束形成方法进行比较,验证了球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成方法的有效性.     

矢量拖曳式线列阵声呐流噪声影响初探

研究矢量拖曳式线列阵声呐护套管内的流噪声场。根据湍流边界层脉动压力谱的Corcos模型,采用频率-波数域上的二维谱方法,分析了流噪声对矢量拖曳式线列阵声呐的影响。给出了护套管内流噪声场声压和质点声振速的一般表达式,并由波数积分法得到护套管内点接收器、有限几何尺寸水听器和水听器阵列输出的流噪声各分量的功率谱。数值结果表明,矢量拖曳式线列阵声呐对流噪声的轴向分量十分敏感,在流噪声控制背景下,矢量阵的工作性能将退化为常规阵。     

声学基阵波束性能仿真与分析

声学基阵的波束指向性函数具有统一的表达式,运用符号运算的方法,可得到任意阵型声学基阵的波束指向图.论文在仿真计算几类代表性阵型波束图的基础上,以柔性垂直阵为例进一步分析了工程实际中基阵的波束性能.在拉伸作用下和海流作用下基阵波束性能会发生变化,阵元间距与波长比可根据主旁瓣比及栅瓣控制要求进行限制,阵的配重可根据阵弯曲后波束性能的变化进行设计.     

拖曳线列阵阵元抗扭转研究

随着声纳技术的发眨，拖曳线列阵以其独特的优越性能而广泛应用。这种声系统呈长线状分布，外层用PU充油护套包覆住。阵内元件用高强Kevlar绳做承力支撑和定位。由于其自身的结构特点和流体动力性能，线列阵在水中拖曳时，阵的扭转不可避免。阵扭转导致Kevlar绳的扭转，使声元间发生相对扭转，这样会影响拖曳线列阵的性能。本文通过对线列阵2根绳和3根绳两种连接成阵方式的力学分析和比较，澄清了一种直观容易产生的误解，以提高我们对阵元扭转问题的理论认识，从而达到指导实践，开拓出其他更为有效的思维方式。     

SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到"瑞利限"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。     

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。