矢量线阵和标量弧线阵抗左右舷目标模糊性能分析

针对线阵声纳左右舷目标模糊问题,建立了基于矢量水听器直线阵p+v_c和pv_c两种信息处理模式以及标量水听器弧线阵不同布阵方式的抗左右舷目标模糊性能数学模型,分析了不同布阵方式以及不同信息处理模式的抗左右舷目标模糊性能,并进行了仿真计算。分析和仿真结果表明,矢量水听器直线阵和标量水听器弧线阵在分辨左右舷性能和观察范围上各有优势。矢量水听器直线阵虽然可分辨左右舷,但由于在一定扇面内分辨左右舷是依靠声纳方位历程图的明暗差异,在多目标情况下易造成声纳观察上的干扰;具有一定圆心角的标量水听器弧线阵,可以在更宽的扇面内具有抗左右舷目标模糊能力。     

矢量水听器线阵和弧线阵抗左右舷模糊性能分析

针对线阵声纳左右舷模糊问题,建立了基于矢量水听器直线阵 和 两种信息处理模式以及标量水听器弧线阵不同布阵方式的抗左右舷模糊性能数学模型,分析了不同布阵方式以及不同信息处理模式的抗左右舷模糊性能,并进行了仿真计算。分析和仿真结果表明,矢量水听器直线阵和标量水听器弧线阵在分辨左右舷性能和观察范围上各有优势。矢量水听器直线阵虽然可分辨左右舷且在作用距离上具有优势,但由于在一定扇面内分辨左右舷是依靠声纳方位历程图的明暗差异,在多目标情况下易造成声纳观察上的干扰;具有一定弧心角的标量水听器弧线阵,可以在更宽的扇面内具有抗左右舷模糊能力,但其以减小观察范围作为代价。     

双线列阵左右舷目标分辨性能的初步分析

以单水听器阵列构成的单线阵声呐无法区分目标来自左舷或右舷。多线阵为解决左右舷目标的模糊问题提供了一种途径,本文讨论双线列阵左右舷目标分辨的性能,提出把波束指向方向的响应对对称方向的响应的抑制比作为评估左右舷分辨能力的一个参数,并对抑制比的性能作了初步分析,给出了理论表达及实际计算结果。理论分析结果对实际双线列阵设计中的参数选择具有重要意义。     

基于几何相移模型的双线列阵左右舷分辨技术研究

针对双线列阵克服左右舷模糊问题，将双线列阵认为是由两两阵元为一组的偶极子构成的单线列阵，利用几何相移模型对目标进行左右舷分辨，经过理论分析、仿真实验和湖试实验，指出丁几何相移模型不仅能解决单频情况下的左右舷模糊问题，而且还能解决信号带宽不太宽情况下究竟能到多大相对带宽，取决于所设定的左右舷分辨增益门限)的左右舷模糊问题。该方法经湖试实验得到了很好的验证：在信噪比为5dB时，采用该方法处理时，左右舷分辨差超过7dB。在本文设定的高信噪比条件下，证明了几何相移模型的双线列阵左右舷分辨技术是有效的、可行的。     

结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨

针对单线阵左右舷模糊问题,提出了结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨算法。该算法首先通过离散傅里叶变换将阵列接收信号离散化为若干个窄带频谱分量,之后对每个频点的窄带数据讲行盲源分离,得到每个频点上各个来波信号的导向向量;然后通过常规波束形成对各个导向向量进行方位谱估计,并根据左右舷抑制比进行单目标左右舷分辨,确定各个频点上的来波方向;最后对所有频点上的来波方向进行聚类,得到各个真实目标的方位,从而实现多目标左右舷分辨。仿真实验中,相比常规波束形成方法(CBF)和最小方差无畸变响应算法(MVDR),该算法更准确地估计出了目标数目,且保持了较快的计算速度;海试数据处理中,该算法排除了目标镜像的干扰,准确估计出了船只目标的轨迹。仿真及海试数据处理均表明,该算法可以分辨真实目标与目标镜像,具有比CBF和MVDR算法更好的左右舷分辨能力。      

基于阵形畸变补偿的多线阵左右舷分辨研究

多线阵可解决单线阵在目标探测中的左右舷分辨模糊问题,但阵形畸变不利于准确实现对目标的左右舷分辨。本文针对多线阵在拖曳过程中出现的典型阵形畸变,定量地分析了其对目标左右舷分辨的影响,并提出了一种基于阵形畸变实时测量补偿来进行目标左右舷分辨的方法,海上实验数据分析结果表明,该方法可实现阵形畸变下的目标左右舷分辨,对于提高拖曳多线阵声纳性能具有参考价值。     

双线阵目标左右舷分辨概率分析

基于二元假设检验理论,研究了双线列阵对目标方位左右舷分辨的正确和错误概率。根据阵列接收窄带信号的概率密度函数,定义了左右舷判决统计量,当信号快拍数足够大时,左右舷判决统计量接近正态分布,从而可得到窄带信号的左右舷分辨概率。利用子带信号左右舷分辨概率的频率加权或波束加权,得到频率或波束加权的宽带信号左右舷分辨概率。理论和数值分析表明,窄带信号的左右舷分辨概率取决于双阵间距,而宽带信号的左右舷分辨概率对阵间距的宽容性较大。     

阵形畸变对拖曳双线阵左右舷分辨性能的影响

分析了阵形畸变对拖曳双线阵左右舷分辨性能的影响.首先由双线阵指向性函数及左右舷抑制比公式,推导并定义了双线阵声呐实现左右舷分辨的两个关键参量──特征方位和特征频率.然后在引入阵形畸变量的基础上,利用阵形畸变时的左右舷抑制比公式,进一步推导得到特征方位及特征频率关于阵形畸变量的解析关系式.理论分析、仿真结果以及海上试验数据都表明,阵形畸变会改变特征方位和特征频率,造成拖曳双线阵左右舷分辨性能下降甚至再次产生左右舷模糊.     

基于特征频率的拖曳双线阵最优左右舷分辨

左右舷模糊是拖曳单线阵固有的缺陷,而拖曳双线阵具有左右舷分辨能力。本文利用双线阵的指向性函数,通过对双线阵左右舷抑制比的分析,给出使左右舷抑制比最优的特征频率,并提出一种适用于宽带信号的拖曳双线阵左右舷分辨方法。理论分析表明:当目标方位已知时,特征频率仅依赖于双阵问距,且对双阵间距变化有相当的宽容性;基于特征频率的常规波束形成使左右舷抑制比有显著改善。海试结果验证了特征频率的存在,通过对比证明了方法的有效性。     

用双线列阵区分左右舷目标的延时估计方法及其实现

双线列阵声呐可以利用自身的指向特性区分左右舷目标,但是其性能受线阵间距的约束,且存在分辨盲区。本文提出利用两个单线阵接收信号的时延差区分左右舷目标的方法。该方法对线阵间距具有宽容性,并且盲区明显减小。给出了理论分析结果和实施技术方法,提出了基于内插法的延时精确估计方法,从而可以解决左右舷目标的分辨问题。     

阵形畸变条件下双线阵左右舷分辨性能分析

研究了双线阵在两种阵形畸变(轴向滑移和航向偏差)条件下的左右舷分辨性能,根据双线阵指向性函数的背瓣特性分析了阵形畸变对左右舷分辨性能的影响。理论分析表明,在无阵形畸变的理想阵形情况下,窄带信号的左右舷分辨能力取决于阵间距和信噪比,而对宽带信号,左右舷分辨能力不仅与阵间距和信噪比有关,而且还与接收信号的功率谱密度、处理频段有关。在阵形发生轴向滑移和航向不一致的情况下,在正横方向附近,左右舷分辨性能主要受双线阵的航向差影响,偏离正横方向,较大的轴向滑移会导致左右舷误判。     

阵形畸变对双线阵左右舷分辨的影响及其纠正

双线阵左右舷分辨是利用两个单线阵的波束输出信号进行时延估计,根据时延值的符号判断目标所处的左右舷。当双线阵发生畸变时,特定情况下左右舷结果发生变化。本文对该现象进行了分析,并同时给出了一种修正补偿方法。最后通过对试验数据的处理证明了方法的有效性。     

双线阵左右舷模糊共轭抵消方法研究

左右舷分辨问题是拖曳线列阵研究的一个重要问题。本文通过研究平行双线阵的归一化波束输出函数,得到了一种通过对双线阵常规波束形成的输出进行幅度和相位加权来提高左右舷模糊抑制能力的方法。该方法通过分析双线阵的归一化波束输出函数,获得补偿权值,并利用双阵波束输出的幅度加权和相位补偿来抵消目标共轭(镜像)方向的输出,以达到左右舷抑制比最大的目的。数值仿真和海试结果表明,本方法简单实用,能较好的提高双线阵的左右舷抑制比,特别在宽带条件下效果更加明显。      

本舰机动左右舷分辨方法研究

针对传统单根线列阵的左右舷分辩问题，经过深入分析，给出了本舰机动左右舷分辨方法中的一些影响因素，并对机动角度和滞后时间得出了定量结论。文中研究的内容对传统拖曳线列阵声纳的左右舷分辨和战术使用具有参考价值。     

基于矢量水听器阵列空域预滤波处理的多重信号分类算法研究

矢量水听器能同时拾取声压和振速信息,在相同的信噪比、阵元数及阵列孔径下,矢量阵定向性能优于声压阵列。目前,以多重信号分类算法(Multiple signal classification,MUSIC)为代表的高分辨定向算法已经广泛应用于矢量水听器阵列中。但是随着信噪比降低、信号源方位间隔减小,传统MUSIC算法定向精度及分辨概率显著下降。本文采用最小二乘法设计适用于矢量水听器水平阵列的矩阵空域滤波器,用于阵列数据的空间滤波预处理,可以对阻带扇面噪声进行有效抑制。由滤波后的数据协方差矩阵可以得到新的噪声子空间,在传统MUSIC算法基础上修正通带扇面内阵列流型的畸变后即可得到滤波后MUSIC算法的方位谱。仿真结果表明,当信噪比较低时,改进算法有效提高了通带扇面内目标方位分辨性能。最后本文对四基元矢量水平阵列海试数据进行了处理,改进算法对窄带信号定向较常规算法-3 dB束宽减小了13°,旁瓣级降低约8 dB。对有一定带宽的行船辐射噪声定向处理得到了更加精确的航迹图,海试数据处理结果证明了该算法的可行性和有效性。     

失配状态下的双线阵波束形成研究

基于双线阵在阵间距失配状态下左右舷分辨性能会急剧下降的事实,利用延时相加和延时相减两种波束形成方法,分别推导了理想状态下双线阵的波束形成和阵间距失配状态下波束形成的方向指向性函数；分析了理想状态下和阵间距失配状态下延时相加和延时相减两种波束形成方法的左右舷分辨性能。理论分析表明延时相减波束形成具有较好的左右舷分辨性能。最后用海试数据验证了理论分析结果的正确性。     

基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器

为了解决流固耦合模态使水听器工作频带变窄的问题,理论分析了流体对双膜片结构的分布反馈式光纤激光水听器固有频率的影响,基于有限元软件对水听器加固封装前后在空气中和流体中的模态和频响性能进行仿真分析,加工制作了水听器原型样品并开展了水声实验研究.实验结果表明,在2 500~8 000Hz的频率范围内,未经加固封装的水听器由于在该频段内存在多个流固耦合固有频率造成响应曲线起伏较大,而采取了加固措施封装后的水听器获得了-142.77±0.8dB的平均声压灵敏度,验证了流体对水听器频响性能的影响以及改善措施的有效性,实验结果与理论及仿真结果吻合较好.     

分布反馈式光纤激光水听器的声压灵敏度频率响应特性

光纤激光水听器的频率响应曲线会在声压传递函数的谐振频率处出现谐振峰,使水听器的工作频带变窄。研制了一种金属膜片端面增敏结构的分布反馈式(DFB)光纤激光水听器。基于电声类比理论,建立了DFB光纤激光水听器的声压传递函数模型,仿真分析了水听器各结构参数对水听器声压传递函数的影响,实现了水听器结构的优化设计,加工制作了水听器原型样品并进行了实验研究。由实验结果可知,DFB光纤激光水听器在2.5~10kHz频率范围内的平均声压灵敏度为-135.99dB,波动幅度小于±0.6dB,且在16kHz附近出现谐振峰,实验结果与仿真分析结果较好地吻合。该研究对DFB光纤激光水听器的研制具有重要指导意义。     

压电陶瓷水听器加速度响应的有限元分析

本文用有限元法分析了压电陶瓷圆柱形水听器的材料参数与几何尺寸对其加速度响应的影响。针对理论分析，进行了水听器加速度响应实验，实验结果与理论分析基本相符。     

PVDF水听器加速度响应特性的有限元分析

本文用有限元法分析了压电高聚物PVDF圆柱形水听器的材料参数与几何尺寸对其加速度响应的影响。针对理论分析，进行了水听器加速度响应实验，实验结果与理论分析基本相符。