一种矢量拖曳阵拖船干扰抑制技术

0引言拖曳阵中的拖船干扰常常是限制目标观测范围和检测性能的重要因素之一。首先,拖船噪声时间起伏非常大,是一个非平稳随机过程,使得数据协方差矩阵特征值分散严重;其次在浅海环境下,由于声波的多途传播效应,使拖船辐射噪声的角度扩展非常严重[1-2],影响声纳在端射方向的有效观察范围;再次,拖船噪声是近程的空间相干声源。这     

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。     

干扰阻塞算法衰减区间分析及改善方法研究

为了抵消主瓣干扰,干扰阻塞算法被提出。该方法首先利用均匀线阵具有的相位差特点构建阻塞矩阵;然后用构建的阻塞矩阵对线阵接收数据进行阻塞预处理;最后进行波束形成将主瓣干扰去除。但该方法在抵消主瓣干扰的同时也会对线阵输出总能量、信号、噪声、信噪比造成不同程度衰减,致使不同方位波束形成输出结果差异较大,降低了对部分方位区间内目标的检测性能。为了详细分析干扰阻塞算法衰减区间,提高抗干扰性能和检测性能,推导了干扰阻塞算法实现原理和干扰阻塞前后总能量、信号、噪声、信噪比变化函数,论述了影响衰减区间相关因子,并提出了相应改善方法。理论分析和数据处理结果表明:干扰阻塞算法在去除主瓣干扰时,由于受衰减区间影响,无法对衰减区间内弱目标实现有效检测;改善方法通过修正因子降低了背景能量差异,减小了干扰阻塞算法衰减区间,提高了干扰阻塞算法对在方位区间内的检测性能,可对相邻干扰2°的弱目标实现有效检测。     

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。     

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。     

低信噪比环境下语音识别的鲁棒性方法研究

针对噪声环境下语音识别率急剧下降的问题，提出了一种基于语音时频域稀疏性原理的改进最小方差无畸变响应波束形成与改进维纳滤波结合的算法。该算法首先利用麦克风阵列语音信号的空间信息，通过基于时频掩蔽的改进最小方差无畸变响应波束形成器，增强目标声源方向的语音信号，抑制其他方向噪声的干扰，然后再使用改进的维纳滤波器去除残留噪声并提高语音可懂度，对增强后的语音信号提取梅尔频率倒谱系数作为特征参数，使用隐马尔可夫模型搭建语音识别系统。实验结果表明，该方法能够有效提高低信噪比环境下的语音识别率，具有较好的鲁棒性。     

反蛙人声呐的相控波束稳定

吊放式反蛙人声呐的水下姿态不稳定性对设备性能带来不利影响,声呐湿端姿态倾斜会使各波束主瓣平面偏离水平面,导致水平面内的发射声波强度损失以及海底、海面混响反射强度的增加,姿态旋转则会造成声呐接收方位失真。文章在推导给出湿端陀螺坐标系与大地坐标系之间姿态变换关系的基础上,基于大地坐标系内的姿态和横滚角,以相控俯仰实现导引方位上的发射波束稳定,在纵倾6°情况下,于波束导引方位可获得2.7 dB的波束稳定增益;以湿端横滚角补偿进行接收波束的方位修正,弥补陀螺航向角修正的精度误差,在纵倾6°情况下,能克服最大0.56°的方位修正误差;将仿真结果和有关试验数据进行了分析比较,验证了相控波束稳定方法的工程可行性。     

定日镜结构风振响应的时域分析

定日镜是塔式太阳能发电系统中的重要设备,其结构轻巧,对阵风反应敏感,设计中应着重考虑风荷载的作用。由于定日镜体型特殊,使用时处于多种工况工作状态,需要对其在风荷载作用下的响应进行专门研究。因此对定13镜刚性模型进行了三维风荷载风洞试验,得到定13镜在竖向转角0°～90°（每10°一次定位）,风向角0°～180°（每15°测量一次）范围内共130种工况下,镜面表面脉动风压时程数据。建立有限元模型对定日镜结构进行模态分析和风振响应计算。通过计算得到了风振位移响应峰值,并且从镜面表面脉动风成因入手深入研究了结构动力反应的规律,结果表明,竖向转角较小时,整个镜面各部分背景响应值接近,镜面底部存在多阶共振反应;随着转角θ增大,空气在靠近镜面的一方分离,在远端再附着,形成脱落旋,镜面上部的动力响应增加。文章还对有代表性的工况进行了结点位移反应谱分析,汇总出多种工况下定日镜表面风压风振系数,为结构设计提供依据。     

两种非高斯海洋环境噪声统计模型分析

海洋环境噪声是影响声呐工作的主要因素之一,噪声模型的选取十分重要,普遍采用的高斯噪声模型在很多情况下存在局限性。引出两种非高斯噪声模型匹配实际非平稳的海洋环境噪声:广义自回归条件异方差模型(Generalized Autoregressive Conditional Heteroscedasticity,GARCH)和双模模型,通过分析两种噪声的概率密度分布函数,并与高斯模型噪声和实测海洋环境噪声比较得出两种噪声模型的适用性。GARCH(1,1)模型通过调节参数可以吻合大部分浅海和深海海洋环境噪声,双模模型则只对浅海某些情况存在适用性,而对深海吻合性较差。两种噪声模型的统计特性分析表明它们可以适用于高斯噪声模型存在局限的非平稳环境下。     

基于干扰抑制方法和引导声源的水平阵被动目标测距

基于引导声源的被动测距由于其对环境参数较少的要求受到了广泛关注。而处于浅海复杂环境下的被动声呐中,目标信号的声场干涉结构可能被邻近方位上的强干扰的旁瓣掩盖或改变,影响最终的测距精度。首先利用基于特征分解的自适应干扰抑制方法对强干扰环境中的接收信号进行干扰抑制,获得更高信噪比和信干比的目标信号;然后采用自适应的最小方差无失真波束形成器方法进行水平阵波束形成,得到更精确的目标声源声场干涉结构;其次基于干涉条纹的波导不变量特点,利用引导声源与目标声源干涉条纹的关系进行目标声源被动测距。实验结果验证了该方法的有效性和应用的可行性。     

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。     

南海深海体积混响及散射特性试验研究

深海中存在着众多的不均匀"水团"、分层、深海生物圈以及海底逸出气泡等,这些散射体对入射声信号的散射构成了深海体积混响。通过测量获取深海水体散射目标的散射强度,研究不同海区不同时间的体积混响,对进一步认识深海声学特性具有重要的作用,也有助于主动声呐系统的性能预报。从深海中的主要散射体的组成、分类及其特征出发,介绍了一种深海体积混响及散射特性的研究方法。通过垂直向下发射窄波束测量各个深度层上的散射强度,用直观的声学图像显示强度值。构建试验系统在南海进行了深海试验,通过处理和分析测量数据发现,深度100 m以内的鱼类和处于深海散射层的海洋生物是深海体积混响的主要贡献者。     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

线阵声诱饵对抗具有尺度识别能力鱼雷的分析与仿真

为了研究线阵声诱饵对抗具有尺度识别能力鱼雷的性能,以分裂波束和方位走向法为例,分析了鱼雷对尺度目标回波的识别方法,以此为基础探讨了线阵声诱饵在对抗具有尺度识别能力鱼雷时的若干技术问题,通过仿真验证了线阵声诱饵对抗尺度识别能力鱼雷的有效性。本文证明了线阵式的声诱饵可以有效模拟舰船目标的尺度特征,在对抗有尺度识别能力的鱼雷时是很有意义的发展方向。本文所给出的仿真方法,除了建立线阵诱饵在诱骗有尺度识别功能鱼雷的仿真模型外,还可以作为物理模型应用在诱饵工作程序中,提供各阵元的延迟时间等声学参数。     

Pitting corrosion of 2Cr13 stainless steel in deep-sea environment

Pitting corrosion of 2Cr13 stainless steel was investigated by deep-sea exposure test at various depths of 500 m,800 m and 1200 m in the South China Sea for 4 months.With the aid of electrochemical measurements in simulated deep-sea environments and grey relational analysis,the influence of deepsea environments on passive film and the mechanism of pitting corrosion were discussed.The results indicated that with the increase of sea depth,pitting depth of 2Cr13 stainless steel increased,which can be attributed to the change of chemical composition and the degradation of pitting resistance of passive film.Film growth was greatly retarded in the condition of low seawater temperature and low dissolved oxygen content of deep sea,resulting in an unstable and vulnerable film.Pitting depth was most influenced by hydrostatic pressure,which can increase the adsorption and penetration of Cl-ion,and promote the proliferation of point defects in passive film,leading to rapid deconstruction of protective oxides of the film.Pitting sensitivity of 2Cr13 stainless steel increased eventually with the combination of accelerated dissolution and suppressed self-healing of passive film in deep sea.     

基于测深侧扫声呐的DOA估计算法研究

针对测深侧扫声呐进行波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计时会受到阵元幅度、相位误差及低信噪比影响的问题,提出一种改进的波束域加权子空间拟合算法。首先,采用总体最小二乘-旋转不变子空间算法进行回波方向预估计;其次,将连续线阵划分为多个子阵,并将各个子阵在预估计方向做加权波束形成;再次,采用加权子空间拟合(Weighted Subspace Fitting, WSF)算法构造代价函数;最后,采用阻尼牛顿法求解得到高精度的DOA估计结果。仿真结果表明,文中所提算法在阵元出现幅度相位误差条件下的角度估计均方误差相对于WSF算法减少了约0.03°。海试数据分析结果表明,文中所提算法的测深点均方误差整体优于WSF算法,其相对测深精度提高了约9.8个百分点。以上分析结果表明,文中所提算法整体优于WSF算法,可以实现在阵元幅度相位误差及低信噪比情况下的高精度DOA估计。     

基于梅花阵列的复合材料全方位冲击定位方法

针对一维线性传感器阵列的盲区问题,研究了基于梅花阵列的二维多重信号分类(2D-MUSIC)冲击定位方法。梅花阵列的布置方式是在圆心处布置1个PZT传感器,另外在半径为 R 的圆周上均匀布置 M 个PZT传感器,首先联合冲击信号传播到参考阵元PZT0和第1个接收阵元PZT1的时间信息估计冲击信号的Lamb波传播波速;然后利用近场2D-MUSIC算法实现冲击源的距离和角度的同时定位;最后,在玻璃纤维复合材料层合板中进行了冲击定位方法的验证。实验结果表明: 基于梅花阵列的方法能够对0°~360°的冲击源进行精确地定位,定位结果精度较高,其中最大距离误差为2.2 cm,最大角度误差为5°。     

倾斜海底反射时声线水平偏转问题研究

三维浅海环境下,声线在倾斜海底反射时,会在水平方向上发生偏转。在远距离传播问题中,由于累积效应,接收声线的方位角与发射声线产生较大的偏差。若忽略不计,将会给声源定向等工作带来较大的误差。因此,研究声线在倾斜海底反射时的水平偏转问题,并总结其规律具有重要意义。采用射线声学的方法系统地研究了不同参数情况下倾斜海底声线水平偏转的问题,得到了在海底变化较缓时的近似公式,并进行了数值仿真分析。结果表明,声线的水平偏转的大小和方向由海底深度梯度和入射声线方位角与掠射角共同决定。