基于主动式时间反转镜的声呐目标强度测量研究

为提高目标强度测量过程中的抗噪声、混响以及浅海多途干扰性能,从军标文件中的目标强度测量方法以及主动式时间反转镜的基本原理出发,经过研究和推演,发现可将基于单阵元的主动式时间反转镜与相关器结合应用于目标强度测量过程,提出了一种新的目标强度测量方法。该方法利用了主动式时间反转镜的抗多途特性,使得测量具有抗多途的性能;利用噪声与信号的不相关特性,算法结合相关器起到了很好的抗随机噪声效果;混响中的体积混响是随机的,算法具有抗体积混响的性能。论文分别从理论仿真和水池实验验证了算法的有效性和正确性。     

近场声全息技术及其应用

<正>陈心昭毕传兴北京:科学出版社,2013,243页,定价:65元准确识别噪声源是噪声研究、控制、声质量设计的前提。早期识别噪声源的方法,如近场声压法和表面振速法,采用声级计和加速度传感器等进行简单的噪声振动测量并加以判断,简单但精度不高,可归为经典声学方法。电子技术、计算机技术和信号处理技术的迅速发展,为我们提供了现代声学意义上的噪声源识别方法,如频谱分析、相关分析、相干分析等,进一步又出现了声强测量、小波分析、声全息、声聚焦、波束成形等新方法和新技术。     

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。      

声图测量及定位海试研究

声图测量技术是一种高精度的近场被动定位技术,可以测量平台辐射源分布声像,确定目标辐射亮点的位置.进行了声图测量海试,并通过处理和分析海试数据,验证了该技术的可行性和实用性.研究结果表明:基于45 m长的10元等距线阵,该定位技术至少在200 m内可达到米级的测量精度,且该测量方法十分稳健;在近场,普通船舶在高频(2～10 kHz)仍可以被看作是单亮点的,双体船双桨同时工作时是双亮点的.     

扫描深度误差对声图测量的影响及其修正方法研究

声图测量技术是一种适用于近场的精确被动定位技术。为了提高测量精度,分析了扫描深度误差对声图测量的影响,并提出了修正方法。通过理论分析表明对于过阵航行过程,当扫描深度大于目标声源实际航行深度时,误差可以被修正,并可测得目标声源的实际过阵深度;而当扫描深度小于目标实际航行深度时,误差将不能被修正。用理论分析结果处理仿真及海上实验数据,修正效果良好且与理论分析一致。      

襟翼侧缘噪声的理论模拟与分析

襟翼侧缘噪声是飞机机体重要的噪声源,作者应用平面传声器阵列测量技术对民用客机进场着陆过程中的襟翼侧缘噪声进行了测量。基于实验测量结果,本文应用气动声学的基本理论,对飞机襟翼侧缘噪声进行理论的分析和研究,目的是深入的理解襟翼侧缘噪声源声辐射的机理、建立可靠的噪声预测模型,并期望获得可行的飞机机体噪声抑制方法。研究结果表明,同简单的旋涡振荡模型相比,Howe的襟翼侧缘噪声模型更接近于实际襟翼侧缘宽频噪声物理过程。     

近场浅海舰船目标定位精度实验研究

根据聚焦波束形成声图处理方法在实际海上测量的特点,提出用系统时延差校准、基阵倾角修正、深度测量、分频段目标定位等多种方法克服测量系统及环境的各种不利因素,实现舰船目标高精度定位。采用声图计算结果与GPS记录值对比、声图计算结果与GPS记录值的正横距对比两种方法进行了聚焦波束形成声图法精度的实验验证,经验证聚焦波束形成声图处理方法在浅海测量区有较高的定位精度。其最大正横距差值可以达到2.9 m,均值0.93 m,从而实现舰船目标高分辨精确定位。      

虚拟源阵估计浅海目标噪声源强度

针对浅海目标噪声源强度测量估计受波导影响产生偏离的问题,提出一种虚拟垂直源阵浅海目标噪声源强度估计方法,通过被测目标噪声源在浅海波导中移动形成虚拟垂直源阵,利用简正波特征函数的正交性,消除浅海目标噪声场的干涉,以及声源和接收点深度对声源强度测量的影响,获取了更为接近自由场测量的目标噪声源强度估计。理论分析和数值仿真表明,浅海波导中采用本方法测量估计得到的目标噪声源自由场强度和预设真实值相近,同一噪声源在不同浅海波导测量估计结果相同。仿真结果证实了方法的可行性,并显示:南海某实际波导中, 100 Hz以上频段目标噪声源强度估计和真实值相差小于0.5 dB, 40 Hz至100 Hz频段,相差小于1.0 dB, 20 Hz误差约为3.0 dB; 30 Hz以上频段,同一源4种波导环境中测量估计值的标准差小于0.5 dB。文中还就所提方法的主要误差来源以及导致低频段误差增大的原因进行了理论分析和仿真。文中所提虚拟源阵方法,为提高水中目标噪声源强度的测量估计精度提供了一种思路,并可为波导参数的准确反演估计提供参考。     

数字时间相关积累(Ⅲ)——抗多途性能分析

本文首先探讨浅海声信道中多途的统计特性,在此基础上分析了DTCCA和DTACA抗多途的性能。理论估算和实验证明,这类信号处理方式抗多途性能是优越的,可以利用多途能量。     

近场反卷积聚焦波束形成声图测量

为了提高声图测量中对多个声源的分辨能力和定位精度,给出了一种近场二维反卷积聚焦波束形成声图测量方法。推导了水下声图测量的广义卷积模型,根据声图测量中点传播函数移变但可预测的特点,通过预存点传播函数字典的方式,将波束形成过程中的卷积问题转化成叠加积分问题,并应用二维Richardson-Lucy迭代算法实现了二维移变模型情况下的近场二维反卷积求解,从而实现高分辨声图测量。通过仿真和海试对比了反卷积、常规声图测量和MVDR声图测量的性能,结果表明反卷积算法在500次迭代情况下聚焦峰尺度小于另外两种算法的1/2,旁瓣级下降超过6 dB.