基于长周期光纤光栅滤波器的掺铒光纤放大器理论和实验研究

从理论和实验上研究了带有高频二氧化碳激光写入的低成本长周期光纤光栅（LPFG）掺铒光纤放大器（EDFA）.结果表明,单波长和多波长EDFA的性能都可以通过在掺铒光纤（EDF）中插入长周期光纤光栅用作自发辐射噪声（ASE）滤波器或增益平坦器来提高性能.优化设计了带LPFG噪声滤波器的线放EDFA,与没有LPFG噪声滤波器相比,线放的噪声和小信号增益分别被减小和提高了约0.5 dB和7 dB。通过在多波长EDFA的EDF中插入一个LPFG增益平坦滤波器的方法,获得了1.5 dB的增益平坦度,与没有LPFG平坦器相比,EDFA的噪声被减小了0.1 dB,增益被提高了1 dB.     

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。      

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。     

旁通管反声降噪应用研究

出口有吸声尖劈的具有流动的主管道上，附加一段旁通管的实验和数值研究表明，旁通管有良好的反声降噪效果，但降噪量及降噪频谱有时还不能满足工程上降噪要求，此外，工程实际管道，出口总是通向大气，与有吸声尖劈假定不符。本文针对这些工程实际问题，提出多段旁通管和出口有反射波时的旁通管反声降噪方法，并给出算例。现场试验的实例表明它是正确的。在不是优化的条件下，得到降噪5dB（A）的好效果。     

变分模态分量降噪后重构的水声弱信号检测

针对能量检测法在低信噪比下对非合作水声探测信号的检测性能显著下降的问题,提出了一种组合变分模态分解和小波变换降噪重构的信号检测方法。以信号分解出的各个本征模态函数的近似熵与互相关系数比值作为分量分类参数,将所得分量分为信号分量、含噪信号分量与噪声分量,然后利用第二代小波变换对含噪信号分量降噪后与信号分量组成重构信号,最后对重构信号进行检测。数值仿真结果表明该方法可以在无先验信息的情况下对CW和LFM信号自适应降噪,信噪比0 dB以下时CW信号重构后信噪比提升约12 dB,宽带LFM信号信噪比提升约8～9 dB,有效提升了低虚警概率下信号的检测概率。湖试结果表明,虚警概率为0.1时检测概率可提升至0.9以上,验证了该方法的有效性。     

超导滤波器、超导卫星接收机和超导气象雷达的研究进展

近年来，国际上高温超导微波器件的应用取得了重大突破，国内的高温超导微波应用也取得了重要进展．文章回顾了中国科学院物理研究所在探索具有高性能的高温超导滤波器以及同一芯片上不同类型超导滤波器的集成等方面的一些进展，其中部分滤波器分别在相对带宽（优于0．25％）、返回损耗（优于-22．5dB）、带边陡度（例如大于140dB／MHz）、指定频段的抑制（超过110dB）等方面显示了优异的性能．对于在国内进行的首次高温超导滤波器空间环境模拟试验、首次使用高温超导滤波器子系统的卫星接收机前端地面试验和首次使用高温超导微波子系统的气象雷达的现场试验，文章也做了介绍．     

高温超导滤波器的低温调谐技术

本文给出了高温超导滤波器的一种低温机械调谐方法,通过调谐滤波器的电场来达到优化性能的目的.此方法可以很好的改善滤波器的性能和提高产品的合格率,使基片厚度的不均匀性以及介电常数的误差对高温超导滤波器性能的影响降到最低,从而最大程度地使测试结果和计算机仿真结果相一致.文中以一个4节的高温超导微带滤波器为例,叙述了该方法的实现过程.其带宽为15MHz,中心频率为2.868GHz,带内插损为-0.04dB,反射损耗为-21dB.文中给出了带外抑制,带内特性等的调谐结果.制备完成的超导滤波器在调谐前的性能较设计结果有较大的偏差.主要表现在带内插入损耗、反射损耗特性和带外抑制的偏差.通过调谐,带内特性和带外抑制有明显的改善.带内插入损耗由调谐前的-0.44dB改善到-0.21dB;反射损耗由调谐前低端带边的-8.2dB改善到-14.27dB,但在高频端没有改善;带外抑制由实测的-28dB最大可以改善为-47dB.理论预测该调谐方法会使通带中心频率向低频端移动,我们也观察到了该现象,中心频率向低频端最大偏移了大约3.1MHz.综合各项参数,调谐后,整体性能更接近设计结果.     

移动通信GSM系统用前向耦合型高温超导滤波器

本文设计并研制了一种GSM180 0移动通信基站接收机前端用高温超导滤波器 .滤波器选用集成度、性能均很好的前向耦合型微带结构 ,中心频率 1732 .5MHz ,通带带宽 4 5MHz .测试结果表明 :该滤波器具有很好的频率响应特性 ,与设计结果符合得很好 .在温度T =30K时 ,该滤波器的带内最大插损 <0 .5dB ,带内纹波 <0 .4dB ,反射损耗好于 10dB .文中也给出了不同温度下滤波器的频率响应特性 .     

一种结构新颖、边带陡峭的高温超导带阻滤波器

研制了一种结构新颖的高温超导带阻滤波器.这种带阻滤波器的设计值为:中心频率,2.5GHz带内最大衰减65dB.而用YBCO薄膜制成的带阻滤波器实物经调谐,其中心频率与设计值相同,带内最大衰减为73dB,优于设计指标.该滤波器的主要优点是体积小、边带陡,而且可以与其他滤波器组合使用.     

9.7GHz高频窄带高温超导滤波器设计

本文设计了一种高频窄带高温超导微带滤波器,使用Sapphire基片上的双面YBCO高温超导薄膜,中心频率约为9.7GHz,相对带宽约为1.2%.电磁分析软件Sonnet的设计结果表明,滤波器带外抑制超过90dB,带内波纹小于0.12dB,基片尺寸为32.74mm×8.72mm.     

Bayesian geoacoustic inversion using wind-driven ambient noise

This paper applies Bayesian inversion to bottom-loss data derived from wind-driven ambient noise measurements from a vertical line array to quantify the information content constraining seabed geoacoustic parameters. The inversion utilizes a previously proposed ray-based representation of the ambient noise field as a forward model for fast computations of bottom loss data for a layered seabed. This model considers the effect of the array's finite aperture in the estimation of bottom loss and is extended to include the wind speed as the driving mechanism for the ambient noise field. The strength of this field relative to other unwanted noise mechanisms defines a signal-to-noise ratio, which is included in the inversion as a frequency-dependent parameter. The wind speed is found to have a strong impact on the resolution of seabed geoacoustic parameters as quantified by marginal probability distributions from Bayesian inversion of simulated data. The inversion method is also applied to experimental data collected at a moored vertical array during the MAPEX 2000 experiment, and the results are compared to those from previous active-source inversions and to core measurements at a nearby site.     

非均匀海洋环境噪声中的匹配场处理舰船辐射噪声级估计方法

在实际舰船辐射噪声测量过程中,受非均匀海洋环境噪声的影响,导致常规测量方法的性能急剧下降,基于此,提出了一种非均匀海洋环境噪声背景中的垂直阵舰船辐射噪声测量方法。根据水声信道传播理论,建立了由海面多个空时独立均匀分布噪声源构成的非均匀背景噪声场模型,推导了非均匀海洋环境噪声场中垂直阵舰船辐射噪声估计的理论公式。针对典型的浅海水声信道,进行计算机仿真实验,分析了该方法的测量性能并与常规匹配场测量方法进行对比,结果表明:(1)该方法能有效克服非均匀海洋环境噪声对测量结果的影响,测量误差较小;(2)相同测量条件下,该方法测量性能优于常规匹配场舰船辐射噪声级测量方法;(3)当信噪比满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。      

Wind-generated ambient noise in a topographically isolated basin: a pre-industrial era proxy

During the mid-1980s, calibrated measurements of ambient noise and wind speed were made in the Tongue of the Ocean in the Bahamas to quantify the spectra and statistics of wind-generated noise. This deep basin is topographically isolated from the Atlantic Ocean and, therefore, largely acoustically decoupled from the Atlantic Ocean deep sound channel. The quantitative effects of contaminating (non-surface wind-generated) noise sources within the basin were eliminated by careful measurement and robust statistical analysis methodologies. Above 500 Hz, the spectral slopes are approximately -5 dB per octave and independent of wind speed. Below 500 Hz, the ambient noise is no longer a linear function of wind speed. Below 100 Hz and for wind speeds greater than 18.5 knots (kt), the ambient noise is independent of frequency. The minimum observed ambient noise level falls 13 dB below Urick's "light shipping" level at 30 Hz and 2-5 dB below Wenz's sea state zero level through the wind-dominated portion of the spectrum. The basin's geographical isolation and the rigorous measurement and analysis methodologies employed make this two-decade-old data set a reasonable and justified proxy for pre-industrial era ocean noise levels in the 20 Hz to 20 kHz frequency band.     

抑制风噪装置的实验

本文基于风噪原理提出了一种抗风噪结构设计,来抑制传声器拾取风噪。该设计由渐变管道和填充泡棉的腔体两部分组成。渐变管道用来降低气流流速,填充泡棉的腔体用来充当声屏障。COMSOL有限元仿真验证了渐变管道降低流速的能力,风噪实验证明了该设计能有效地抑制风噪。讨论了关键因素对该结构抗风噪能力的影响：大的腔体,小的渐变管道等效直径和高的泡棉密度,都有利于抗风噪效果。最后,基于声传输线和等效电路理论,建立了声波经过该抗风噪结构的传递损失模型。基于该模型和高频不失真条件,提出了抗风噪结构的尺寸设计指标。     

海洋环境噪声场对称性分析及噪声消除方法

实际的海洋环境是非常复杂的,存在着海洋自噪声、舰船噪声、生物发声等,阵元接收到的噪声信号存在一定的相关性,此时基于传统阵列信号处理的目标方位估计方法的性能将变差,针对这一问题,提出了一种实部消除方法.首先从阵元接收环境噪声的物理机理出发,将圆环阵接收的噪声场分解为对称噪声场和非对称噪声场,并且研究发现对称噪声场只影响数据协方差矩阵的实部.然后通过消除协方差矩阵实部,达到消除对称噪声场的目的,提高信噪比,但是同时产生了虚假声源.针对虚假声源的问题,提出了基于优化算法重构协方差矩阵实部的方法,消除了虚假声源的影响.仿真分析与海试数据处理结果表明:该方法明显消除了对称噪声,提高了信噪比,改善了阵列信号处理算法的性能.实部消除方法易于实现,有一定的工程应用价值.     

The effects of the ocean surface wave spectrum on low frequency ambient noise in deep water

An ocean surface wave spectrum which is used for low frequency ambient noise in deep water is proposed. It explains the mechanism of low frequency ambient noise from the theoretical relation between the spectrum of sound pressure and wave. Combining the surface wave spectrum and local wind speed in deep water, a theoretical expression of low frequency ambient noise is obtained with wave generated noise theory. Simulation results show that the wave spectrum is crucial to the intensity and the spectral slope of radiated noise spectrum,and the theoretical noise spectrum could be used to predict the ambient noise in deep water.The predicting results axe verified through the experimental data recorded by an ocean bottom seismometer that was deployed on the floor of deep water in April 2016. It is observed that the statistical noise levels from the experimental data for frequencies from 1 Hz to 100 Hz are larger than 70 dB, and the low frequency ambient noise spectrum follows the shape of inverted"N",the valley of noise spectrum is at 3-4 Hz, and the noise intensity is 70 dB. The peak of noise spectrum is at 50 Hz, and the noise intensity is 92 dB. The correlation coefficient is 0.95 between the model spectrum and measured data.     

海面波浪谱对深海低频环境噪声的影响

提出了一种适用于深海低频环境噪声的波浪谱,通过声压谱和波浪谱的理论关系,分析了深海低频噪声在百赫兹以下的谱特征,解释了不同频段噪声谱的主要产生机理。将深海传播条件下海面波浪谱与海面风速相结合,利用波浪发声理论得到一种低频海洋环境噪声理论表示方法。仿真结果表明,波浪谱决定着辐射噪声谱的强度和斜率,本模型得到的理论噪声谱可以对低频海洋环境噪声进行预报。2016年的深海实验观测数据分析显示,统计的环境噪声谱级在1 Hz至100 Hz频段范围内大于70 dB,并且噪声谱在低频段呈倒“N”型,在34 Hz处为噪声谱的谷值,噪声级为70 dB,在50 Hz处为噪声谱的峰值,噪声级为92 dB,通过理论计算和实验对比,相关系数为0.95,理论结果和实验测量对比结果符合较好。      

A numerical optimization approach to acoustic hull array design

A numerical optimization approach is presented to optimize passive broadband detection performance of hull arrays through the adjustment of array shading weights. The approach is developed for general hull arrays in low signal-to-noise ratio scenarios, and is shown to converge rapidly to optimal solutions that maximize the array's deflection coefficient. The beamformer is not redesigned in this approach; only the shading weights of the conventional beamformer are adjusted. This approach allows array designers to use the array to minimize the impact of known sources of noise on detection at the beamformer output while maintaining acoustic array gain against an unknown source. The technique is illustrated through numerical examples using hull-borne structural noise as the noise source; however, the design concept can be applied to other design parameters of the array such as element position, material selection, etc.     

台风激发水下噪声场的建模及其在台风风速反演中的应用

基于简正波理论,结合风成海面噪声传播模型和风成噪声源级模型,推导出台风激发水下噪声场强度的计算公式,建立水下噪声强度与海表面风速的函数关系,并给出模型中相关参数的求解方法。应用这一关系,由台风经过时的水下噪声实测数据,反演得到对应时刻的海表面风速值,并将反演结果与气象台给出的台风风速预报值进行对比。