浅海短垂直阵和稀垂直阵的声源定位性能

本文根据我们提出的一种简正波分解快速迭代方法(声学学报待发表),在夏季向下折射的声速剖面环境下,讨论短阵,稀阵和短稀阵三类垂直阵的匹配简正被处理(MMP)刊声源距离和深度的定位性能。同时根据迭代方法的特点,提出用简正波分解均方根误差RMS值来度量简正波分解的精度。数值模拟计算给出了上述垂直阵匹配场处理和匹配简正波处理两种声源的定位结果。该结果证明简正波分解迭代方法提高了声源距离和深度的定位精度,而且有效地抑止了旁瓣。短稀阵不仅缩短阵长、减少阵元数,而且能适应不同海区深度变化的要求,它是声源被动定位工程实现中可选择的有效阵型。     

基元因子对相控接收阵指向性增益的影响

本文对几种常见的较简单的基元因子,给出了二维相控平面格阵指向性增益随相控角的变化公式,同时对相应的线列阵也进行了讨论.为比较起见,还给出了各向同性基元时的情况.最后给出了数值结果,进行了分析,得出了一些有益的结论.     

Pekeris波导中垂直发射阵的阵增益快速估计

为了利用单换能器的声强级估计垂直发射阵的声强级,研究了Pekeris波导中快速估计发射阵增益的方法。首先,基于等效深度简正波理论,计算了Pekeris波导中垂直发射阵的平均声强,进而得到用模态阶数求和表示的发射阵增益的表达式。然后对模态阶数用积分代替求和,并对引入的误差进行修,得到3/2次方衰减场区发射阵增益的快速估计表达式;有效声影区声场由于只剩1阶简正模态,可直接简化得到发射阵增益的快速估计表达式,在海底参数未知时可用海深近似代替等效深度来估计有效声影区的发射阵增益。计算机仿真和海上实验得到的阵增益快速估计误差均小于1 dB,验证了快速估计方法的有效性,这一发射阵增益快速估计方法可以为工程应用提供参考。     

用垂直阵确定浅海波导特性

本文介绍利用声场复简正波近似确定浅海波导特性的方法。该方法的优点在于:(1)对环境参数的依赖程度大大降低。(2)在对海底介质结构(诸如层的数量、层的厚度、纵波和横波的速度和衰减等)知之不多或根本不了解的情况下,可同时获得波导特性参数(k_m,β_m)。(3)确定波导海底界面平面波的反射系数V(k)。数值结果显示:对海底是单层或两层软固态的波导,用90M长、18阵元组成的垂直接收阵,接收频率分别为250Hz、150Hz的声信号,(1)获得的简正波水平波数k_m的精度均在10^-5以上;简正波衰减系数β_m的相对误差绝大部分在20%以内,其中前几号都在10%范围内,且简正波号数越低,误差越小。(2)基本反映海底在小掠角的反射相移和反射损失。本文在数值仿真的基础上,重点分析声场复简正波近似对93年冬季海上实验数据的处理结果。     

水下低噪声目标辐射噪声垂直嵌套阵测量方法

研究了一种水下低噪声目标辐射噪声垂直嵌套阵测量方法。首先通过分析试验水域背景噪声和被测目标辐射噪声特性,掌握不同测量频段的增益需求;然后采用凸优化方法,建立波导环境中超宽带、高稳健恒定束宽波束形成技术,推导水下目标辐射噪声垂直嵌套阵测量及空间阵列信息处理方法;最后研制垂直嵌套阵测量系统,并开展湖上试验验证。研究结果表明该测量方法具有测量带宽大、稳健性高、测量不确定度低等优点,辐射噪声测量不确定度约2 dB。     

短垂直阵简正波匹配的声源定位

声源被动定位的匹配简正波处理是实现远距离水下目标检测的一种重要手段。本文提出的简正波分解快速迭代方法是一种有效的算法,不仅收敛速度快,而且迭代得到的简正波幅度矢量进行定位匹配处理后,提高了声源定位精度、抑制了旁瓣、该方法的最大优点是降低了垂直阵长度的要求,有潜在的实用价值。通过我们对Pekeris浅海声道和北冰洋深海声道的数值模拟,证明这种简正波分解新方法是合理和有效的。93年冬季成功地完成短垂直阵声源定位海上实验。     

相关基元信号起伏对一类AR方法阵处理器统计性能的影响

本文讨论了基元信号的振幅及相位起伏对AR方法阵处理器性能的影响,着重研究了均方倒声束图案及定向误差,注意到了参考基元以及基元信号起伏之间相关性的作用。结果表明,起伏一般使均方声束图案展宽以致畸变。相位起伏产生定向误差,其标准方差正比于起伏的标准方差并与基阵基元数有关,起伏之间的相关性对定向误差有重要作用。     

水晶的生长基元

纯物质(不包括高分子和混合晶体的结晶)实际上完全由等同分子所组成,这些分子在结晶前处于亚稳态,结晶后各向尺度大体相等并相当于晶胞的整数倍数,通过简单平移可以充满三维空间,这种分子叫做生长基元或结晶基元. 物质结晶时其生长着的界面和进入晶体的分子的比表面能皆应最小,可以认为,这就要求使分子的悬键数与所会原子数之比为最小值. 天然水晶早就为人们所注意,晶面夹角守恒定律首先是从对水晶的观察中获得的.1932年居里发现的压电效应也是对水晶进行研究的结果.由于对压电水晶的大量需要,人工生长工艺已经比较成熟,人工水晶是一种在热…     

基于虚拟时间反转镜的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法

研究了利用垂直阵测量舰船辐射噪声过程中因水声信道的多径效应对测量性能产生的影响,建立了基于声场模型的舰船辐射噪声测量的数学模型,推导了基于虚拟时间反转镜辐射噪声测量的理论公式,提出了一种基于虚拟时间反转镜技术的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法。该方法首先采用基于波束积分的SCOOTER模型,根据海洋环境参数计算出辐射声源至测量水听器之间的信道传输函数,然后,用计算出的信道传输函数对接收信号做虚拟时反处理,以消除或减弱信道多径效应对接收信号的影响,从而提高舰船辐射噪声级测量精度。针对典型的浅海声信道,进行了计算机仿真试验。结果表明,该方法能有效地进行舰船宽带辐射噪声测量,当阵元个数满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。     

基于垂直阵模态分解的低频水声信号盲解卷处理研究

研究了基于人工时反处理的水声信号盲解卷方法,并在此基础上提出了一种基于简正波模态分解的低频水声信号的盲解卷处理方法。该方法适用于浅海波导中垂直阵接收的远程低频水声信号的盲解卷处理。该方法首先从浅海中垂直阵接收的信号中提取(估计)出波导中传播的简正波模态函数信息,然后,根据估计的模态函数信息通过模态滤波来实现水声信道盲解卷处理。针对典型的浅海波导环境,进行了计算机仿真试验,结果表明:(1)远程低频条件下,模态分解方法可以从垂直阵接收的信号中提取出波导中有效传播的模态函数信息,因此这种方法解决了目前人工时反处理方法需要准确的模态函数先验信息的问题;(2)在一定带宽条件下,接收信号信噪比较低时,本文给出的这种基于模态滤波的盲解卷方法比人工时反处理具有更好的解卷性能。     

基于广义回归神经网络的强干扰下垂直阵目标距离估计方法

以声压场采样协方差矩阵为特征,基于广义回归神经网络研究在强干扰下的水下声源测距问题,该文提出了优化扩展因子的方法以提高神经网络估计性能.使用仅有一个网络参数的广义回归神经网络,使用SWellEX-96实验S59航次的垂直阵数据,比较了以传统匹配场处理为代表的模型驱动方法和以卷积神经网络、广义回归神经网络为代表的数据驱动...     

短垂直阵“简正波分解矩阵”特征值的近似解析表达式

在海面和海底反射系数均为-1的理想波导条件下,讨论短垂直阵“简正波分解矩阵”的特性,给出矩阵特征值λ_n与阵长参数D/H(D为阵长,H为海深)和n之间的近似解析表达式。海面矩阵的λn正比于参数α(即πD/H)的(4n-1)次方,而海中短阵λn正比于α^2n-1.理论推导不仅解释了短垂直阵分解声场简正波或匹配场处理效果差的原因,同时指出合理选择短阵深度,将有效提高商正波分解能力和声源定位精度。     

不同权矢量下水声低频相控垂直阵远程探测性能的研究

理论分析水声低频相控垂直线阵不同权矢量远程探测性能并仿真研究。文中首先依据绝热简正波理论,导出相控垂直线阵远程探测的声传播理论模型。在此基础上,给出了相控阵权矢量与目标参数估计方差理论下限Cramer-Rao界(CRB)之间的对应关系。其次,利用KRAKEN软件求解仿真环境下波动方程的本征值和本征函数,数值计算比较相控阵七种发射权矢量下远程探测效能。结果表明,相控垂直阵在发送1号模权矢量时,具有较优的远程探测性能和参数估计方差下限。     

高温稳定25 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器

通过在N型分布布拉格反射镜(DBR)中采用高热导率AlAs材料,且增加AlAs层所占的厚度比例,在保持DBR反射率基本不变的情况下,大幅度增加了N型DBR的热导率,提高了器件高温工作性能。制作了氧化限制型顶发射VCSEL器件,不同温度条件下的直流测试结果表明:25℃时热反转功率超过8 mW;85℃时热反转电流为11 mA,功率达5 mW,表现出较好的高温工作特性。远场发散角小于17°。0～70℃的温度条件下眼图都较清晰,表明器件满足高温25 Gbit/s工作要求。     

四基元宽频带恒定束宽声基阵

本文详细介绍由四个具有余弦规律变化指向性图的基元所组成的声基阵结构,其各个基元的声轴俟个相互错开90°,从而实现波束全方位覆盖,并利用振幅法测向原理达到对入射声信号的方位检测。基阵后挡是特殊成分的反声泡沫橡胶。实践证明,合适的后档尺寸可以在频率为8:1倍率范围内获得束宽恒定。本文还对于基阵结构作了数学模拟,理论计算与实测数据吻合比较好。     

对反射式全息照相基元全息图的讨论

目前在一些教材中讨论反射式全息照相实验原理时,使用的反射式全息照相基元全息图,都与实际光路不符。究其根源,乃是因套用J.W.顾德门著《付里叶光学导论》的有关部分所致。该书在论述反射式全息图的理论基础时,参照的是厚膜全息基元全息图,而该图是说明透射式全息图成象原理的,与反射式全息照相实际光路并不一致。其根本不同点,在于实际光路是将物光和参考光从干板两侧引入,但基元全息图却从同侧引入。本文给出了改进的基元全息图,以弥补反射式全息照相实验原理的不足。一、反射式全息照相实际光路及所套用的基元全息图反射式全息照相通常采用下面两种光路,其一,为一般光路(图1);其二,为特殊光路(图     

等声速环境中目标前向声散射简正波耦合的垂直阵空域响应特征

水下目标的前向声散射会引起声波传播过程中的简正波耦合效应,使得接收声场结构发生变化,研究目标前向散射引起的垂直阵列上空域响应变化特征,可实现对直达波强干扰背景下的前向散射检测。通过将垂直阵波束形成技术分别用于信道中目标散射场理论模型计算数据和湖上实验验证数据,分析了等声速环境中目标前向声散射简正波耦合的垂直阵空域响应特征。结果表明,目标靠近接收端时前向散射引起的声波垂直达到结构与无目标时相比差异显著,高阶简正波向低阶简正波转化导致信号到达时延宽度展宽,采用指向水平方向的窄波束可显著提取目标前向散射引起的接收声波变化特征。     

用垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差分析及其修正方法

文章给出了水声波导模型下垂直阵和单水听器测量水下目标辐射噪声的误差和修正方法,以便使两种测量结果一致和统一。在设定典型水声波导的参数后,用波数积分方法计算出声源到垂直阵各阵元的信道传输函数,再推导出垂直嵌套阵聚焦波束的信道传输函数,从而得到单水听器和垂直嵌套阵的测量误差。数值计算表明在70 m海深条件下,不同深度单水听器测量单频信号频谱级起伏达15 dB以上,总声级测量误差的均值为3 dB,而垂直嵌套阵测量单频信号频谱级起伏仅4 dB,总声级测量误差的均值趋于0 dB。海上实验测量单频信号声源级的结果与数值计算的起伏一致,海试中垂直阵获得较高的空间增益。结论是在浅海条件下垂直阵的测量精度高于单水听器的测量精度,用单水听器测量的目标总声级需要修正时可以修正,而用单水听器测量的单频信号声源级则难以修正。     

光纤阵与压电阵的海试比较

为了检验光纤水听器阵在低频(100Hz~1kHz)/甚低频段(100Hz)的测量性能,在南海海试中,我们将一16元光纤阵与16元常规压电水听器阵平行安装在同一基阵框架上并沿舷侧布放,使得两阵受到基本相同的振动干扰。通过单频和宽带脉冲信号的传播实验,对双阵接收信号进行比较。试验结果表明,光纤阵具有更好的抗振动加速度性能,因此在甚低频段检测中具有明显的优势。     

单向性二元阵

本文介绍了一种单向性二元阵，探讨了其在基阵小型化中应用的可能性，分析了影响这种阵单指向性的主要因素。经过理论分析和实测数据验证，此阵结构简单，性能稳定，能形成良好的心脏形指向性图，适合于低频条件下使用。