在实验室波导中单个简正波的传输和声反向散射的测量

我们的目的是为了在有限空间内进行“远场”声散射测量.我们使用了深度大约为35个声波长的厚波导并以第一号简正波激发它.该波导的顶部和底部为压力释放表面.为了仅用第一号简正波激发和接收,我们使用了垂直阵,该阵被振幅束控来同第一号简正波的本征函数相匹配.实验测量证实90%的能量是在第一号简正波内.用一对无方向性换能器作为探测发射器和接收器来校准散射测量系统.     

浅海波导中水平时反线列阵布放深度选择研究

以浅海声传播模型为基础,通过计算机仿真分别在理想等声速的Pekeris波导中和接近实际的仿真典型浅海分层波导中观察到以下现象:在理想等声速的Pekeris波导中,由布放在探测声源深度或者其对称深度位置附近的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大;在仿真浅海波导中,只有布放在探测声源深度上的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大。利用简正波建模从声源产生的声场在不同深度上的分布情况出发解释了以上现象的物理机理。由此可以得出结论:与探测声源同深度布放的水平线列阵时反后可以得到最佳的聚焦性能。     

海深变化环境下目标距离测定

垂直阵接收到可以在时间上区分的引导声源信号和未知声源信号,通过对已知引导声源信号和未知声源信号进行相关比较,结合波导不变量β构建水平虚拟接收阵,可以对海底水平变化环境下目标声源进行距离测定。在宽带接收的情况下,只需要很少的环境信息就能对目标进行测距,与传统的匹配场处理相比,不需要复杂的声场建模和计算,而且降低了对环境参数信息的获取要求,体现了环境自适应信号处理。首先介绍虚拟接收的原理和方法,通过数值模拟和2004年实验数据分析,利用引导声源可对其它声源进行距离测定,误差在10%左右。     

空气中移动声源激发水下声场的频域简正波表示

文中提出了空气中移动声源激发水下声场的简正波频谱表达式。该表达式物理意义明确,形式简单,易于数值计算。利用文中表达式对目前比较流行的简正波程序Kraken进行了改进,通过与波数积分法OAST的计算结果进行比较,验证了所提表达式的正确性。通过数值模拟,对声源与接收相对运动时对声场产生的影响进行了讨论。     

一种基于阵列不变量的浅海声源深度分类方法

浅海负跃层环境下波导不变量可以用于声源深度分类,但是当声源相对于接收阵无径向距离变化时,波导不变量值难以估计。针对距离已知且相对于接收阵无径向距离变化的声源,提出一种基于阵列不变量的声源深度分类方法,可适用于浅海负跃层环境。所提方法利用阵列不变量估计波导不变量,进而实现声源深度分类。计算机仿真结果表明,当垂直阵位于负跃层以下且声源距离已知时,利用阵列不变量估计出的波导不变量随声源深度的变化明显,可用于目标深度分类。     

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。     

三维浅海简正波混响模型

推导了浅海简正波混响模型,模型计算了从声源到浅海水底散射域声波能量的传播及其反射过程。在散射域,考虑了复本征值,有效的简正波对入射波和混响强度的影响。并且将简正波分解为上行波和下行波,利用下行波和Lambert散射定律,计算海底散射后接收的混响强度,其结果与收发同置的水听器接收数据一致。所得出的混响强度模型,物理意义清楚,形式简单,具有较强的普遍适用性。     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

水平组合阵列的时反被动定位特性研究

在浅海波导中,大孔径的水平时反阵可以对声源实现有效的被动定位。对于单个水平阵而言,当声源位于水平阵端射方向时,水平阵的被动时反定位性能最好。当声源偏离端射方向时,水平时反阵的定位性能会迅速下降,直至对目标的被动定位失效。本文研究了单个水平时反阵的可视区域,并提出了一种组合式的水平时反阵,有效地克服了单水平阵被动时反定位性能随声源入射方向改变而下降的不足。     

固定干扰抑制的声场匹配方法

利用波导中的声场匹配与自由空间中的阵列处理的相似性,从自由空间的阵列零点方法出发推导～一种适用于波导中垂直阵列声场匹配的抑制固定干扰的方法。通过声场模型预报已知空间位置干扰的声传播特征,形成空间矢量。在保持期望点增益的前提下,约束干扰点邻域增益,得到垂直阵列的零点指向干扰的阵列权向量。     

大型平台变形量实时监测的光电测量方法

本文介绍了一种用于大型平台变形量实时监测的光电测量方法.该方法将线阵CCD作为高度标尺置于各待测位置,利用一字线激光器作为面光源使各不同位置的线阵CCD同时接受同一光束信号,将各线阵CCD收到的高度位置信息采用线性坐标变换为与某一基线(面)重合坐标的标高输出值,并将各种不同载荷条件或不同时刻的高度值数据进行比较,从而得到实时的平台各点相对变形量,该方法在实际应用中取得了较好的效果.     

基于三子阵的组合水平时反阵被动定位性能研究

在海洋波导中,单个水平阵的被动时反定位性能随声源方位的改变而迅速下降.对于一个298基元、基元间隔为1m的单个水平阵而言,当声源入射方向偏离水平阵端射方向超过70°时,被动时反定位失效.针对单水平阵的这一不足,提出了一种由三个子阵组成的组合式水平阵,三个子阵之间夹角为60°,基元数分别为100、99、99,基元间隔为1...     

N元光纤光栅传感器阵列解调信号的最低可见度分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪解调N元光纤光栅传感器阵列时的偏振衰落问题．运用邦加球和光纤偏振光传输理论，利用简化模型，通过详细的理论分析，得到优化控制下阵列传感信号最低可见度的下限表达式，并通过计算机仿真，验证了结果的正确性，并详细分析了仿真实验的结果．     

A simple scheme for self-focusing of an array

A self-focusing technique and its application to a linear array system are presented in this paper. By application of the technique the system is capable of both sonification and reception focusing. The array is first excited as an unfocused array. Next a cross-correlation technique is used to determine time delays of reception of the largest amplitude backscattered signals at the elements of the array. The original transducer signal is then reemitted with the appropriate time delays to achieve sonification focusing on the scatterer producing the largest signal. This process is repeated in an iterative mode to focus energy on the strongest scatterer. Once insonification focusing has been achieved the last time-delay calculations are used once more for reception focusing, i.e., to correct the signals received by the individual elements for differences in arrival times. A low cost linear array has been constructed to implement the self-focusing technique. Examples demonstrate the capability of the technique to focus on the largest hole of sets of three holes in an aluminum specimen.     

基于水平分置线性双阵列的超声全聚焦成像方法在粗晶材料检测中的应用

针对粗晶材料超声检测信噪比低的问题,提出了一种水平分置线性双阵列超声成像方法。将两个线阵超声换能器沿直线水平分置在待检区域表面两侧,用收发分离的信号采集模式,一侧激发,另一侧记录各通道数据,进行聚焦成像。相比单阵列和同位置双线阵检测,文中的方法有效地减少了背向散射信号对缺陷信号的干扰,提高了成像信噪比。在粗晶铜质试块上的成像实验结果表明,当缺陷距离阵列较近时,文中的方法优于单阵列和同位置双线阵方法,成像信噪比提高约5～10 dB;当缺陷距离阵列较远时,单阵列模式和同位置双线阵检测方法失效,但文中的方法依然可以识别缺陷。文中的研究为粗晶材料的超声检测提供了一种可行的方案。     

密集型矩形阵列参数对激光Lamb波成像的影响分析

激光超声技术具有非接触、检测效率高等优点,在无损检测领域受到广泛关注;充分利用激光超声技术的高空间分辨率特性,结合密集型矩形阵列和激光Lamb波技术进行板中缺陷检测。采用连续小波变换对频带宽、时域分辨率低的激光Lamb波信号进行提取,得到特定频率下具有高时域分辨率的窄带信号;利用线性映射补偿技术消除所提取窄带信号中的频散,消除频散的信号用于缺陷成像;最后,结合幅值成像技术和符号相干因子成像技术对频散补偿后的信号进行处理,实现铝板中缺陷的成像和定位。在此基础上,进一步对不同的阵元数量和阵元间距对密集型矩形阵列指向性和缺陷成像质量的影响进行分析。当阵元数量为16,阵元间距为一个Lamb波波长时,主瓣宽度较窄且没有栅瓣出现,缺陷成像质量得到有效提高。     

加权稀疏信号重构的近场源定位方法

针对近场源定位问题,提出了一种使用加权L1范数优化进行稀疏信号重构的近场源定位方法。该定位方法分步完成目标的方位和距离估计。为了避免二维优化问题出现,首先利用均匀线阵的对称特性,通过菲涅尔近似,将二维参数估计的近场定位问题转换为类远场阵列的一维参数估计问题,接着将该一维参数估计问题转换为稀疏信号重构问题,通过类MUSIC权向量的构造,使用加权L1范数优化方法重构稀疏空间谱得到目标波达方向;在得到信号波达方向之后,再利用稀疏信号重构的思想求解信号源到阵列的距离。最后,通过数字仿真验证了算法在估计精度和分辨率等方面的优良性能。     

多途条件下聚焦波束近程定位

讨论了直线阵通过聚焦波束形成技术对近程点目标的高精度定位问题并通过仿真验证,对多途的影响及海面起伏的影响也作了初步分析。通过波束引导减少了扫描的运算量,并且通过虚阵、时间反转镜和乘积声图的方法提高了聚焦点"亮度"和声图质量。仿真结果表明,虚阵和时间反转镜技术可以较好地抑制多途干涉,使用乘积声图可以使观察到的信号变得更清晰。在信噪比为0dB时可以很好地检测到目标。     

Synchronous dynamic focusing for ultrasound imaging

An approach to dynamic focusing of ultrasound linear array scanners is presented, leading to the unique capability of implementing a focus that continuously tracks the return signal along the penetration depth. An electronically variable lens is obtained by a heterodyning process, in which the phases of echo signals at the array elements are equalized by mixing with suitable reference oscillations. These are generated by control of a single voltage-controlled oscillator, whose frequency is properly varied in synchronism with the delay of signal from different depths. The technique has been experimentally demonstrated by modifying the focusing processor of a conventional echographic linear scanner. Superior performances have been obtained with respect to fixed-focus operation mode. The image quality results are comparable with those of multizone-focus operation mode, in which the focus is varied over more transmit/receive cycles at the expense of lower frame rate.