水声无源材料回声降低测量时反聚焦方法

提出了利用时间反转(时反)聚焦技术的水声无源材料回声降低测量方法。首先实现有界水声环境下有、无试样接收信号的时反聚焦,然后利用聚焦信号测量试样反射系数,最后通过标准试样对反射系数进行修正,从而得到试样的回声降低测量值。在小型水池中进行了铝板试样和钢板试样回声降低的测量,铝板试样的尺寸为1.1 m×1.0 m×0.005 m,测量频率范围为3~20kHz,钢板试样尺寸与铝板试样相同,测量频率范围为0.5~20 kHz,测量结果经修正后与平面波理论计算值基本一致,和理论计算值的相对误差小于10%,扩展不确定度小于1.5 dB。本方法采用时反原理实现了接收信号的空时聚焦,提高了测量信混比,因此适用于非自由场环境下无源材料回声降低的测量试验,尤其适用于低频的回声降低测量。     

水声无源材料插入损失测量时反聚焦方法

提出了利用时间反转(时反)聚焦技术的水声无源材料插入损失测量方法。通过无试样及有试样情况下实现接收信号的时反聚焦,并对聚焦信号进行透射系数计算,获得试样的插入损失。由于时反原理可实现接收信号的空时聚焦,从而提高测量信混比,因此本方法适用于非自由场环境下材料声学参数的测量,尤其适用于低频条件下的声学参数测量。波导水池试验开展了对两块试样的测量,试样尺寸为1.1m×1.0m×5mm,测量频率范围为1—20kHz,通过测量值与理论值的对比验证了该方法的有效性。      

压力罐中水声材料声学特性的参量源测量法

设计了一种原波频率500 kHz、差频范围1~30 kHz的截断宽带参量阵,作为水声材料测量系统的声源。通过分析典型频率下的宽带参量源指向性理论计算和实际测量结果,发现两者结果的曲线基本吻合,证明计算模型是正确的。应用钟形短时脉冲实现水声材料声特性的宽带测量,有益于降低样品边缘衍射干扰。并建立了测量水声材料大面积板状样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的压力罐测量系统,罐体内尺寸Φ4 m×12 m,最高静水压4.5 MPa,测量频率范围1~30 kHz。对标准样品(尺寸1m×1m)进行了测量实验,其测量结果和理论曲线有很好的吻合,参量源测量法得到了验证;之后,通过对一块橡胶板样品在不同静压力下的吸声性能进行了测量和有效评估,进一步确认了参量源测量法在压力罐这样有限水域中的潜在应用价值。      

水声材料插入损失测量中的声波多途效应抑制方法

提出了一种在非自由声场中测量水声材料插入损失时抑制多途效应的方法,称为"虚拟端射阵技术"。通过仿真设计,采用逐点移动分时发射信号的方式破坏各路径同频反射干扰的相干性,并在阵长方向形成尖锐的指向性,将上述所有位置的信号延时叠加消除干扰杂波,最后提取所需波形实现对材料插入损失的计算。在尺寸为5.5 m×3.5 m×3.5 m非消声水池中对1.1 m×1.0 m×8 mm的铝板和直径0.5 m、厚8 mm的圆形铝板进行了测量,测量频率范围为3~20 kHz。结果表明虚拟端射阵技术相比于常规方法能降低测量频率下限,矩形铝板和圆形铝板的有效测量频段内误差均小于0.5 dB,有效减少了声波多途效应的干扰。该方法的实现提高了非消声水池中单换能器测量水声材料的能力。      

声学覆盖层吸声系数的多通道逆滤波测量

提出了一种利用最小二乘求逆计算的声学覆盖层吸声系数多通道逆滤波测量方法.该方法通过估计电路信道及水声信道的信道响应,利用最小二乘实现多通道逆滤波算法,通过多路逆信号的同步发射在声学覆盖层处实现高分辨率主瓣、低旁瓣和时域窄脉宽的入射波聚焦,从而提高声学覆盖层低频吸声系数的测量精度。仿真验证了该方法在混响抑制和空时聚焦中的效果.在压力水罐中进行了频率为0.8~5 kHz条件下的钢板试样反射系数和透射系数的测量实验,通过与理论计算值对比,验证了该测量方法的有效性。论文提出的方法适用于非自由场环境下声学覆盖层吸声系数的测量,尤其适用于低频条件下吸声系数的测量。      

脉冲频谱法水声换能器低频校准

一、引言 由于建造一个测试水声换能器的消声水池费用昂贵,而且消声效果很难低于1kHz,因此目前国内外的一般未消声水池几乎都用脉冲法测量。但在水池脉冲法校准水声换能器时,由于要求换能器信号达到稳态后才能进行,所以校准的频率范围受水池尺寸的很大限制。如一个5×7.5×7.5m~3的水池一般在4kHz频率以上进行校准。因此,水声换能器的低频校准,特别是水声换能器的低频发射响应都是在开阔水域中进行校准,如水库、港湾、海上。为此,我们研究了脉冲信号在水声测量中的应用问题。     

一种新的水声无源材料声学性能测量装置

阐述了一种新的水声无源材料声学性能实验室测量装置,测量频率范围10－100kHz,最大静水压至3．0MPa,被测材料样品典型尺寸为300×300mm~2。装置应用多基元平面换能器基阵,大面积声透明PVDF薄膜水听器以及宽带窄脉冲信号和现代信号处理技术,在小型压力罐中建立近似的平面波自由声场,测量材料声学性能随频率、静水压的变化规律。测量参数包括复反射系数（口声降低）、复透射系数（插入损失）、衰减系数、复声阻抗和纵波声速。通过对多种不同性能材料样品的测量分析,验证了本装置的测量能力,装置的稳定性考核表明其反射测量扩展不确定度为1．2dB,透射测量扩展不确定度为0．8dB。     

水声材料性能的自由场宽带压缩脉冲叠加法测量

水声材料的许多声学特性一般可以通过对复反射系数和透射系数计算得到。本文提出一种新的自由场测量方法,即应用宽带脉冲压缩技术在消声水池中测量有限尺寸的大面积材料样品的性能参数,从而使这种标准测量的低频限被明显降低。除传统的回声降低和插入损失参数等外,两个新的参数——消声系数和去耦系数也在评价之列。文中对两块平板样品进行了实验测量,其尺寸约为１ｍ×１ｍ,测量频率范围为 ２～ ２０ｋＨｚ。     

不确实环境下目标检测与定位的宽容性最小方差时反波束形成

揭示了时间反转技术的本质,指出时反不仅是一个物理过程,更是一种信号处理方法,进而提出"时反波束形成"的概念.针对时反空时聚焦特性受到环境不确实性限制的问题,研究了用模型探查源(MS)代替实探查源(PS)的发射时反波束形成实现发射聚焦,以及用对角线加载的宽容性MVDR接收时反波束形成实现接收聚焦,并最后用于目标检测.水池实验的结果表明了该发射聚焦和接收聚焦在不确实环境下用于目标检测及其距离估计的有效性.     

水声材料透声性能测量技术的改进

本文对传统的水声无源材料透声性能测量技术提出了几点改进,以便在小型消声水池中测量有限尺寸的大面积材料的插入损失（透射系数）随频率的变化规律。材料样品的典型尺寸为 １×１ｍ２左右,测量频率范围为 ２－２０ ｋＨｚ．文中对标准样品进行了声学性能测量,测量结果和平面波理论模型计算值有较好的吻合。     

Measurement of the echo reduction for underwater acoustic passive materials by using the time reversal technique

A measuring method of the echo reduction of passive materials by using the time reversal(TR) technique is presented. To measure the echo reduction of a sample with this approach, the received signals are firstly focused according to the TR theory. Then, the sample is removed and the TR processing is again employed to realize the focus of the received signal.Finally, the echo reduction of the sample is evaluated with these focusing signals. Besides, to calibrate the measured echo reduction via the TR technique, a standard sample is employed to measure a constant coefficient that only depends on the measurement environment. An aluminum plate sample and a steel plate sample with the same size of 1.1 mxl.O m x0.005 m axe tested in a wave guide tank. The experimental results show that the calibrated values are well consistent with theoretical results under the free field at the measured frequency range of0.5-20 kHz. The relative errors of all the measured values are less than 10% and the values of the expanded uncertainty are less than 1.5 dB. The TR processing focuses the energy in spatial domain and temporal domain, so it can be used to measure the echo reduction of passive materials in the environments with reflections induced by boundaries and low frequency sources.     

非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法

提出了一种在非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法。该方法是在发射和接收换能器保持相对位置不变的情况下,通过多次无规则变换其在有限水域中的位置,让同频反射声的干扰贡献随机和无规则化,最终将上述所有位置接收的信号同步叠加而将同频反射声干扰消除,从而提取出了所需的直达波波形信号,克服了传统的脉冲测量技术受同频反射声干扰无法提取直达信号的问题。在5 m×7 m×6 m非消声水池,测量换能器样品,测量频率范围是400~2500 Hz,测量得到的结果与湖上测试结果相比,两者基本一致。该方法的实现,大大的提高了非消声水池的低频换能器测试能力,有效测量频率下限比一般脉冲测试方法降低一个数量级。      

A multiple function sonar rangefinder for divers

The rangefinder described here is a self-contained instrument for hand-held operation by a diver for searching, tracking, navigation and surveying applications. It has four modes: 1 — to measure range to a passive target directly to ± 1 m; 2 — to measure range to a passive target indirectly to ± 0.1 m; 3 — to measure range to a coded transponder to either ± 1 m or ± 0.1 m; 4 — to indicate the presence of multiple targets downrange where each target occurs in a selected range interval. The pulse echo principle is employed, with pulses typically 250 μs long. The carrier frequency of 300 kHz can be altered easily if required by changing the transducer array.     

Measurement of Refractive Index for High Reflectance Materials with Terahertz Time Domain Reflection Spectroscopy

A method to measure the refractive index for high reflectance materials in the terahertz range with terahertz time domain reflection spectroscopy is proposed. In this method, the THz waveforms reflected by a silicon wafer and high reflectance sample are measured respectively. The refractive index of the silicon wafer, measured with the THz time domain transmission spectroscopy, is used as a reference in the THz time domain reflective spectroscopy. Therefore, the complex refractive index of the sample can be obtained by resorting to the known reflective index of the silicon and the Fresnel law. To improve the accuracy of the phase shift, the Kramers-Kronig transform is adopted. This method is also verified by the index of the silicon in THz reflection spectroscopy. The bulk metal plates have been taken as the sample, and the experimentally obtained metallic refractive indexes are compared with the simple Drude model.     

时变信道下的被动时间反转扩频水声通信

本文研究了时变信道条件下采用被动时间反转的直接序列扩频水声通信方案。多通道被动时间反转可通过对信道多径进行时间、空间聚焦实现信道匹配,但低信噪比、时变特性造成的信道特性失配对被动时间反转处理的性能造成严重影响。在垂直阵接收的基础上,本文采用码片级信道估计获取水声信道特性并进行周期性更新,并采用已判决码元产生的扩频码片作为信道估计训练序列,结合应用稀疏信道估计算法抑制零值抽头上的估计噪声,从而可有效改善时变、低信噪比条件下的被动时间反转处理的时、空多径聚焦效果,提高扩频通信性能。通过湖试实验比较了采用稀疏信道估计、传统信道估计算法的时反扩频接收机,以及经典直扩接收机的通信性能,实验结果表明：本文方案可在低信噪比获得较好的性能,并有效抑制时变信道对时反扩频通信性能的影响。     

Buried target detection based on time reversal focusing with a probe source

Buried target detection under the background of strong reverberation in shallow water is a complicated problem. As the target is buried, the echo of the active sonar is very weak and the echo-to-reverberation ratio (ERR) is quite low. In the paper, the technique of time reversal (TR) with a probe source is discussed to detect a buried target. By TR transmission, the sound wave is focused at the target and the ensonification acoustic energy at the target is maximized. By reception focusing, the echo received by each sensor is added coherently and the waveform of the transmitted signal is recovered. Finally, the matched filtering is used to detect the target and estimate the target range. The waveguide experiment provides a practical implementation guideline to apply TR to buried target detection.