水声工程中基于均匀圆阵列的涡旋声波性能分析*

声波作为信息和能量的载体,一直以来在水下通信中被广泛采用,但尚未解决带宽窄、速率低的问题。在光学领域和电磁波领域,轨道角动量都表征了螺旋相位结构的自然属性;通过引入轨道角动量到声学领域中,水声通信系统的传输能力以及频谱效率都得到扩展。基于换能器圆阵列产生涡旋声波进行分析和检测,研究涡旋声波波束的阵列产生方法,给出涡旋声波波束在水下传播的特性。在主轴方向,采用均匀圆阵列产生不同拓扑模式的涡旋声波波束,确定轨道角动量拓扑模式与换能器阵列之间的对应关系;为生成不同拓扑模式下的涡旋声波,研究阵列单元数目、阵列半径、传输频率等对涡旋声波的影响。通过研究发现模式数越高,涡旋声波主瓣波束角越大,主瓣峰值越小。阵列半径越大,主瓣波束角越大,而主瓣峰值则随着阵列半径的增大而减小;频率越高,主瓣波束角越小,主瓣峰值变化不大;阵列单元数对主瓣波束角无影响,但与主瓣峰值成正比关系,阵列单元数越多,主瓣峰值越大。     

一种水下未知固定深度的被动目标运动分析

本文对水下三维情形的被动目标运动分析（TMA）进行了探讨。文中使用的数据量测是关于目标的方位角、俯仰角和多卜勒频移等,且运动目标与观测平台相对深度固定未知。这是水下一种常见的三维情况。伪线性估计和最大似然估计方法的处理结果表明：由于增大了观测的信息量,运动参数的估计方差收敛性较好,估计性能得到有效改善。伪线性方法的方差估计曲线向CBR界逼近。最后该方法也适合于分析已知固定深度的三维情形与同处一个水平面的二维情形等特殊情况。