新疆实验次声台阵设计

次声测量与数据是次声各项研究的基础,而次声台阵是现代次声测量的主要形式,为此设计并建立了两个无人值守式实验次声四元台阵。描述了次声台阵的结构,对台站的仪器构成进行了说明,重点对其降噪管和通信系统进行了描述。降噪管为十字玫瑰花瓣型降噪管,给出了其降风噪性能。台站通信系统基于VPN进行架构,实现了数据的实时自动传输和FTP传输功能。实测结果表明实验台阵的噪声主要是由微气压、山背波和台阵附近的随机干扰噪声构成。台阵记录到了大量当量较小的区域地表采矿、采石微差爆破次声信号,也记录到了2013年2月15日俄罗斯陨石大爆炸事件相关的清晰的次声信号。分析结果表明,该次声台阵具有良好的性能,具有一定的推广价值。     

次声噪声场的测量与分析

本文阐述了大气次声噪声场的测量和分析方法,得到一组风速为4m/s噪声的空间相关半径,它可以作为声阵设计的初步依据;同时,还测量和计算了风噪声的速度——声压关系曲线,得到声阵在接收次声信号时的抗干扰能力。     

国际次声监测研讨会

全面核禁试条约第三届全球次声监测工作研讨会于1997年8月25至28日在美国新墨西哥州西班牙式的古城圣菲举行．会议云集了中国、美国、法国、俄罗斯、阿根廷、澳大利亚等5大洲12个国家61位活跃在次声学科领域的研究人员、政府官员以及联合国临时技术秘书等要员，围绕着全球次声监测中的7个专题进行报告和讨论，它们依次为：欢声阵的设计和信号处理，次声阵性能和减噪设备；法国欢声监测系统，国际次声监测系统60个站网的能力模型，对流层风对长距离次声传播的影响，高空风对次声同性能的影响，渗透管的特性以及对次声监测的减噪作用，欢声减噪器；爆炸检测，声遥感技术对爆炸源能量的估计，小当量地下，地面和近地面爆炸远距离声传     

降噪阵列参数对次声降噪系统性能的影响分析

次声降噪系统对提高次声监测能力具有重要作用,为分析次声降噪系统阵列结构参数变化对其降噪性能的影响规律,构建玫瑰型(rosette)管道滤波器降噪系统声电等效模型,进而利用风噪声模型和仿真数据对该模型的单进气口传递函数和系统降噪性能进行了定量分析,总结了不同阵列结构参数对该系统降噪性能的影响规律,最后对国际监测系统(International Monitoring System,IMS)玫瑰型管道滤波器的降噪性能进行了评估。仿真实验及分析结果表明:(1)进气口数量约取96,阵列尺寸约18 m,一、二级管内径取10~20 mm,一、二级合成腔体积不得超过1 L,系统能获得较好的降噪性能;(2)IMS玫瑰型管道滤波器符合最佳阵列参数设置要求;(3)满足最佳阵列参数设置的玫瑰型管道滤波器可大幅度地提高信噪比。该分析结果可为已有次声降噪系统提供性能评估,可对新的次声降噪系统设计提供参考。      

均匀长管阵的特性及其在次声接收中的应用

本文讨论了均匀长管阵的频率响应和方向性特性,长管阵端点的声阻抗及次声接收器声阻抗对长管阵频响的影响。并设计了一个风噪声的模型,计算长管阵对信噪比的改善,并把它与实验结果进行比较。     

降噪阵列参数对次声降噪系统性能的影响分析

次声降噪系统对提高次声监测能力具有重要作用,为分析次声降噪系统阵列结构参数变化对其降噪性能的影响规律,构建玫瑰型(rosette)管道滤波器降噪系统声电等效模型,进而利用风噪声模型和仿真数据对该模型的单进气口传递函数和系统降噪性能进行了定量分析,总结了不同阵列结构参数对该系统降噪性能的影响规律,最后对国际监测系统(International Monitoring System,IMS)玫瑰型管道滤波器的降噪性能进行了评估。仿真实验及分析结果表明:(1)进气口数量约取96,阵列尺寸约18 m,一、二级管内径取10~20 mm,一、二级合成腔体积不得超过1 L,系统能获得较好的降噪性能;(2)IMS玫瑰型管道滤波器符合最佳阵列参数设置要求;(3)满足最佳阵列参数设置的玫瑰型管道滤波器可大幅度地提高信噪比。该分析结果可为已有次声降噪系统提供性能评估,可对新的次声降噪系统设计提供参考。     

98’国际次声研讨会

98’国际次声研讨会，由法国能源部环境监测和分析所与联合国全面禁止核试验条约临时技术秘书处联合主持，于1998年7月21－24日在法国巴黎召开。会后全体与会者乘车前往巴黎以西约200km的诺曼底弗累尔次声站参观，实地了解法国次声阵的运作情况。研讨会云集13个国家45位次声专家，提交报告28篇，并对次声站阵的建设进行热烈的讨论。由于东道主的精心设计和周密安排，会议开的很成功。同时看到法国政府和有关机构对次声学科的研究和发展高度重视和支持，受到与会者的赞赏。会议的主要目的是研讨国际监测系统次声站的性能，以及国际监测系统整…     

次声方法测定台风方位的试验

海上台风眼中的驻波或大浪可以辐射出次声波,在几千公里远用灵敏的次声传声器可以接收到它。我们在我国沿海地区安装了次声观察站,在有关部门的协作下,记录到大量台风产生的次声波,为了试验次声测定台风信号到达方位的方法,1978年夏季在福州建立了探测台风的次声阵,本文简要叙述试验用次声测试系统和测定方位角的方法及结果。     

雷雨次声波的三维动态频谱测量研究

采用三台电容式次声接收器，在北京昌平安装次声三点阵，并测量到2000年7-8月15次强雷阵雨的次声波P-t曲线及其三维动态频谱，频谱分析结果表明：（1）雷阵雨的次声波主要来自雷次声。（2）雷次声的频谱有三大特点：其一是听到雷声越响时，雷次声振幅越强；其二是特强振幅持续时间很长；其三是周期范围时而连续、时布分布在周期较长和较短端，形成谱图上一个个空洞。据此可区别与其它次声波。（3）初步探讨了雷次声的产生机理和传播特点。     

汤加火山喷发所产生的次声波

2022年1月15日汤加火山发生了剧烈的喷发。在火山喷发后的8 h 39 min,距离火山喷发位置10151 km的昆明次声台阵记录到很强的次声波信号。次声波波列前几个周期平均为443 s,传播速度约为321 m/s,其波形幅度与频率随时间变化与核爆炸产生的次声波形相似。采用相关检测方法估计次声信号的方位角为119°。在持续监测中,还观测到了火山喷发产生的次声信号沿反方向绕地球到达的信号和沿正方向绕地球一周后再次到达的信号。      

基于气流调制的封闭空间高声强次声产生方法研究

基于气流调制技术研究了封闭空间高强度次声产生方法。设计了大流量气流调制器,对调制器和赫尔姆霍兹共振腔组成的高声强次声产生装置的声场特性进行了数值仿真,制作出原理装置,并进行了实验测试。从理论上分析了不同调制频率和不同供气压力下调制器出口的声压幅度,分析了次声产生装置不同调制频率的声压幅度,分析了舱内声场的空间分布特性。实验结果表明:气流调制器设计合理、运行平稳,次声产生装置最大能产生161 dB的次声,测试舱声场均匀、声波信噪比较高,实验结果与数值仿真结果基本一致。      

强地震的前兆次声波研究

利用在北京昌平安装的次声三点阵,对强地震前兆次声波进行了5年的连续观测。统计分析结果表明:强震前约10天内常能测到振幅很强的前兆次声。其三维动态频谱的特点是,振幅由弱逐渐加强,达到极值后变弱;先为长周期波(10-20分),紧跟着短周期波(5-10分),然后又出现更长的周期波,最后长短周期波一起出现。提前时间与三点阵到震中距离之间没有明显的关系,与震级之间也没有明显的关系。     

消频散阵不变量距离估计方法

针对传统阵不变量方法在低信噪比和远距离测距性能差的问题,提出了消频散阵不变量测距方法。该方法首先对垂直阵接收信号进行消频散波束形成,消除频散影响,压缩脉冲宽度,提高简正波到达时间分辨率;然后,对得到的角度-时间谱采用反卷积处理提高简正波俯仰角度分辨率。通过消频散和反卷积处理,减小了简正波相对到达时间和俯仰角在角度-时间谱图中的聚焦范围,有利于准确的提取阵不变量和估计目标声源的距离。计算机仿真证明了该方法在低信噪比条件下的鲁棒性;2009年崂山湾实验数据处理结果表明:相比于传统阵不变量测距方法,该方法距离估计误差减小2.5%。      

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20dB的微弱噪声源的精确测量。      

1998年11月17日狮子座流星雨的次声观测

采用三台ＣＳＨ－１型次声接收器,在北京昌平区布置了一个次声测量三点阵,并观测到１９９８年１１月１７日狮子座流星雨产生的次声波Ｐ－ｔ曲线和波速波向图,借助快速富立叶变换,分析Ｐ－ｔ曲线的波形得到次声的三维动态谱,频谱分析结果表明,（１）各流星产生的次声波大都很短暂,持续时间在１－５分钟内;（２）流星次声波的周期都在４０－４０８秒内,少数在１－４８０秒内;（３）在１１月１７日１９：２１－２０：４１期间     

进行子阵加权波束形成的波达方向估计

针对水声信道的多径效应以及海底散射信号信噪比低导致方位估计性能较差的问题,提出了一种基于子阵加权波束形成的UESPRIT算法(Weighted Beamspace UESPRIT Based on Subarrays,BS-BUESPRIT)。首先利用密集波束域转换矩阵估计回波信号的方位谱,进而估计同一时刻到达阵列的回波数目;之后将均匀线阵分为多个尺寸相同、相互重叠的子阵,利用加权波束形成对各子阵接收信号做指定方向的空域滤波;最后基于各子阵波束形成后的输出结果,利用UESPRIT算法实现回波方向的估计。仿真和湖试、海试试验结果表明,与UESPRIT算法相比,BS-BUESPRIT算法提高了信号波达方向估计性能,在多径和较低信噪比条件下有着更高的估计精度,应用于高分辨率测深侧扫声呐时有效地提高了声呐的测深性能。      

典型概率密度背景下四阶累积量波束形成的阵增益

在理论上零均值高斯分布噪声的四阶累积量恒等于零,而实际噪声和混响的概率密度是影响四阶累积量波束形成技术性能的关键问题。本文针对海洋环境噪声与海底混响的瞬时幅度分布,分别推导了四阶累积量波束形成阵增益函数;建立了阵增益与阵元数、海洋环境噪声和海底混响统计特性的四阶矩和二阶矩及输入信噪比的关系;确定了与常规波束形成阵增益之间存在临界信噪比,高于临界信干比时四阶累积量波束形成可以获得比常规波束形成更高的阵增益与分辨率。实验数据处理结果验证了四阶累积量波束形成阵增益和分辨率理论结果的一致性。      

大孔径声全息密集阵列的阵元数量去冗余方法

大孔径密集声全息阵列是实现对非平稳噪声成像的有效手段,通过现场快速成像可以掌握声场分布的动态特征。增加声阵列的孔径和阵元密度是提高近场声全息成像性能的主要措施,但随着声阵列阵元数量的增加,声压采集数据量增大,全息运算速度降低,全息成像动态性能下降,不利于现场即时成像分析。研究表明,在一定信噪比条件下,盲目增加阵元数量并不一定能提高近场声全息性能,为此,本文针对密集声全息阵列的阵元数量冗余问题进行研究,提出最优阵元数量估算方法,并采取去冗余处理。本文仿真和实验验证表明:针对一定信噪比条件下的密集阵列去冗余方法实际有效,可以在不降低近场声全息成像性能的前提下,降低运算量,提高全息成像速度,对于非平稳噪声的现场声全息成像测试具有实用意义。     

传声器阵列对高频弱声源的声成像识别方法

研究了传声器阵列对高频弱声源的识别定位方法。该方法根据高频声源的指向性和阵列探测特性等特点,提出了利用信噪比加权方法提高有效阵元对声成像的贡献,根据信噪比的大小对每个阵元添加不同的权值,可以显著提高传声器阵列对高频弱声源的声像清晰度。仿真分析了阵元加权和不加权两种方法对阵列声成像结果的影响,以某型号笔记本电脑电路板噪声为对象进行的实验表明,在阵列测量中充分利用有效阵元信号可以实现对声压级低达10~20 dB的微弱噪声源的精确测量。     

面阵CCD信号采集系统的噪声抑制

分析了CCD输出噪声及其一般抑制方法,提出了一种基于面阵CCD信号采集系统的噪声抑制方法。设计了CCD信号采集系统的噪声抑制电路和处理电路,应用于CCD442A型面阵CCD;并使用积分球对采集系统进行辐射定标,计算得到系统的信噪比。仿真和辐射定标实验表明,该面阵CCD信号采集系统具有相关双采样和暗电平校正功能,抑制了CCD输出信号的复位噪声和暗电流噪声;在中等照度条件下,系统信噪比达到40dB。