权重抑制扇形多基元柱面基阵旁瓣

本文给出了多基元扇形柱面基阵指向性函数,分析了其比较复杂的相位特征。详细阐述了通过合理选取基元数目、加后挡以及振幅权重等方法有效的抑制旁瓣,以实现对声信号方位跟踪及目标定位。     

大角度波束扫描的宽带平面阵研究

本文中介绍了一个可以实现大角度波束扫描的宽带平面声基阵,设计了纵向振动与换能器前盖板弯曲振动相复合的宽带换能器作为基元,保证了基阵具有较好的宽带性能。针对基元的自然指向性难以满足平面阵进行大角度波束扫描的要求,本文中采用通道型橡胶反声障板技术来拓宽阵上换能器的单元指向性,从而实现平面声基阵的大角度、宽带波束扫描。在有限元和边界元进行优化设计的基础上,制作了实验样阵。测试数据表明:在工作频段内换能器响应起伏不超过3 dB,12 kHz时阵上基元指向性达到了140°,基阵-3 dB波束覆盖范围可以达到144.4°,最大旁瓣不超过30%。     

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。     

圆基阵最佳幅度分布

等幅同相点源圆基阵有-8dB的副瓣,通常声呐基阵中多采用有指向性基元,而且只有一段弧上的基元同时参加工作,这时也有-10dB左右的副瓣级。虽然圆弧阵有许多优点,但这样高的副瓣在使用中是很不希望的。用调节相位的方法可将圆基阵的副瓣抑制到-31dB,然而对宽带基阵是难于实现的。本文以改变基元幅度分布并配合使用指向性基元的方法来抑制低频圆弧阵的副瓣,找出副瓣级和波束加宽因子之间的最佳关系,并给出设计参数的最佳值。     

稀疏圆柱基阵波束垂直扫描

本文分析了三维圆柱形基阵波束垂直栅瓣形成机理,导出波束垂直扫描极限波长和基阵其他参数的关系,指出指向性函数通常是复数,并用子阵相移法来调节复合子阵的相位特性,在圆环阵指向性图适当位置插入零点,以消除垂直栅瓣、扩大基阵波束扫描范围。对不同基阵,找出相移参数β的最佳值,一般取kβ≈0.5为宜。以两个弧面阵为例作了数值计算,证明对全圆阵导出的极限波长也适用于弧面阵;和相同条件下未相移基阵相比,可将波束垂直扫描范围扩大到间距d为五个波长左右,或将基元数减少2—4倍;当未相移基阵指向性图出现栅瓣时,并可将指向性指数提高1.7到5.5dB。     

密排圆柱基阵基元振幅和相位特性

具有机械输入阻抗Z~1的基元,密布在无限长的圆柱基阵上。这些基元能被看作是圆柱阵的阻抗障板,在该边界值条件下求解波动方程,我们就得到入射平面波散射场的解。 文中给出了计算一个基元的水平方向性的理论公式,也就是基元沿着圆周方向的振幅和相位的分布。对波束形成中的相幅权,可按此情况下的基元相幅特性加以修正。 最后,文中还扼要地说明了基元的机械输入阻抗Z~1对基元方向性的影响。     

声速剖面反演对基阵倾斜失配的敏感性研究

通过推导基阵倾斜失配给声传播时间计算带来的误差,分析了这种参数失配对基于声传播时间的声速剖面反演结果的敏感性。研究结果表明,小角度倾斜时,由基阵倾斜所带来的声速剖面反演误差与倾斜俯仰角近似成正比,与声传播时间近似成反比。当基阵倾斜方位与声源一基阵连线方向一致时带来的误差最大,而垂直时误差最小。理论计算与仿真、实验结果在变化趋势和数量级上具有较好的一致性,为反演误差预报提供了参考。     

基于平面声全息的全空间场变换:Ⅱ.水下大面积平面发射声基阵的近场声全息实验

研制了一套多通道水声声全息测量系统,解决了多通道系统的校准及弱散射水听器接收线阵的设计等问题。在非消声水池内,利用该系统对水下大面积平面发射声基阵进行了近场声全息实验,给出了声基阵表面的声强分布、声基阵各阵元及全阵的辐射声功率、基阵远场空间指向性图和指向性参数等。实验结果证明脉冲法和分区扫描数据合成的测量方法是可行的,实验系统的设计与实施方法可用于更大规模的声全息系统。     

非均匀钹式换能器平面阵指向性特性研究

针对钹式基阵工作频率低、布阵紧凑导致阵元之间互干扰严重、指向性能退化的现象,本文在均匀平面基阵的基础上提出强度可调节的非均匀平面基阵,建立了基阵指向性能的数学模型,通过数值计算的方法分析阵元间距和中心阵元声强度变化对基阵指向性能的影响。研究给出了主瓣宽度、旁瓣个数、栅瓣个数随阵元间距的变化规律,总结了在各种工作频率下,基阵可用的最大阵元间距。研究结果表明:中心阵元强度增大时,基阵的总体指向性稍有降低。所以当通过调整阵元间距和强度来优化基阵指向性能时,应综合考虑它们对基阵其它性能的影响,以获得最佳的总体性能。     

声速剖面反演对基阵倾斜失配的敏感性研究

通过推导基阵倾斜失配给声传播时间计算带来的误差,分析了这种参数失配对基于声传播时间的声速剖面反演结果的敏感性。研究结果表明,小角度倾斜时,由基阵倾斜所带来的声速剖面反演误差与倾斜俯仰角近似成正比,与声传播时间近似成反比。当基阵倾斜方位与声源一基阵连线方向一致时带来的误差最大,而垂直时误差最小。理论计算与仿真、实验结果在变化趋势和数量级上具有较好的一致性,为反演误差预报提供了参考。      

无源声呐稀疏阵无栅瓣性能分析

计算机模拟、实际声呐信号和理论分析证明了在无源声呐中只要信号带宽足够宽(带宽大于1个倍频程),无源声呐中用稀疏阵,即基元间距大于信号波长的基阵,波束图中不会出现栅瓣特性。白化目标信号可满足尽量宽的信号带宽,有利于无栅瓣波束的设计。结论是只要保证足够宽的信号带宽,无源声呐工作频段中最高频率的波长可小于基阵中阵元间隔而可使阵波束特性不出现栅瓣。     

二维复式声子晶体中基元配置对声学能带结构的影响

研究了二维复式声子晶体中基元配置对其声学能带结构的影响,发现当声子晶体的基元配置改变时,声子晶体的不可约布里渊区也会改变,而且部分能带的极值不再在高对称线上.特别地,在某些基元配置下,不可约布里渊区扩大为整个第一布里渊区.因此,对于对称性较高的复式晶格声子晶体,可用通常的方法得到能带结构,而对于对称性较低的复式晶格结构声子晶体,只有采用对整个第一布里渊区进行研究的方法,才能获得可信的能带结构及带隙.     

接收基阵垂直指向性引起的附加声传播损失

具有垂直方向指向性的接收基阵对入射声波有方向加权效应，本文在该类基阵声纳方程的基础上，导出了附加声传播损失的具体表式，讨论了深度一声速梯度对附加传播损失的影响，最后给出包声速梯度条件下的算例，计算结果与海上试验吻合较好。     

宽带恒佬束宽的乘幂阵

无源声呐站中,为使宽带目标噪声在主波束内不产生谱的线性失真,基阵需实现宽带束宽恒定.通常可以用频率加权法调节基元的权系数,实现束宽恒定.就线列阵而言,有线性组合     

底混响空间相关函数方法估计载体姿态

在海底是起伏不大的非均匀薄层的假设条件下,建立了底混响空间相关函数模型。当混噪比较高时,模型中空间相关函数相位等于基元间垂向矢量与波数的乘积。对于平面阵而言,基元间垂向矢量是由于基阵载体姿态引起的。因此,可以给出底混响空间相关函数相位与载体横摇角和纵摇角之间的关系式。如果接收阵存在3个接收基元,它们对应平行四边形面积与对角线之比不小于半波长,那么可以通过解方程组的方法得到横摇角和纵摇角的确定解或优化解。由于相位模糊的存在, 解的范围是有限的。通过Fisher信息矩阵得到了这种方法姿态估计的Cramer-Rao下限。仿真实验和海试结果表明这种方法是可行的。     

基于宽带无失真波束形成的空气中多声源被动定向方法

将宽带无失真波束形成技术与基于时延的声被动定向方法相结合,针对小孔径基阵,提出了对多个声源的定向方法。该方法把整个观测空间分为若干个不同的测量区域,而后利用基于时延的定向方法定向处于不同测量区域的声源。此方法使基于时延的声被动定向方法具有了一定的多源分辨能力,对提高和改进声被动探测系统在实际使用中的性能有重要意义。仿真计算和空气实验验证了本文所提方法的正确性和实用性。     

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。     

小孔径方阵对大气中运动声源的定位研究

研究大气中小基阵无源声探测精确定位模型问题。利用小基阵中全部声程差量建立全部简单模型,用最佳线性融合方法获得精确定位模型,组合模型的精度高于每一个简单模型的精度。建立了对空间立体阵和平面阵的通用建模方法。该模型避免了小基阵对空间声源定位的盲区效应。用平面正方形阵外场试验数据对定位模型进行了检验,试验数据包括了声源在一定高度作直线运动、俯冲运动、转弯运动、绕圈四种运动。得出了声源的运动轨迹,验证了该模型对低空声源的定位精度高和方差小,特别是对方位角的定位精度高。该方法尤其适用于对广泛采用的平面正方形阵、正五元空间阵、正四元空间阵和正四面体阵建模。     

凹筒型换能器性能参数与开缝数之间关系的研究

凹筒形换能器具有频率低、功率大、尺寸小、重量轻等诸多优点,且其独特的外型结构适合于组排基阵,有较好的应用前景。为易于产生径向弯曲振动,通常沿轴向等间距开缝,以降低径向刚度。开缝数太少,不利于达到预期目的;开缝数太多,又可能引起声源级的降低。本文计算了凹筒型换能器开缝数与换能器声性能参数之间的关系。实验测试与理论计算比较符合。     

离散障板稀疏圆柱基阵

本文设计了一种新型的离散障板稀疏圆柱基阵。它采用了离散的三叠层宽带散射矩形反声障板，阵元接收面朝向障板和基阵阵元稀疏排列的布阵技术。阐述了基阵的设计特点并理论计算了障板和基阵的设计原理和声学性能。经过湖上试验和数据分析，证明这种新型的基阵和法国ＥＬＥＤＯＮＥ基阵的声学性能相当，是一种先进的新型潜用圆柱基阵。