齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.     

齿鲸生物声呐目标探测研究综述

齿鲸依靠其天然的声呐系统进行水下目标探测.齿鲸通过前额的声发射系统发出超声脉冲,经声阻抗各异的声学结构调控形成波束,作用于目标,利用下颌区域的多相声接收通道接收目标回波.齿鲸通过分析目标回波中蕴含的时域、频域与能量等多维度信息,并进行非线性组合,实现目标探测与辨别.齿鲸目标探测过程蕴藏复杂的物理机理.本文以目标探测实验测量、目标回波散射分析与仿齿鲸声呐系统为出发点,回溯齿鲸声呐目标探测的相关研究.齿鲸在目标探测过程中,会根据目标强度、回波的时频信息,自适应调整其声发射脉冲频率、发射系统几何形态,实现高效探测,是优越的水声探测系统.参考齿鲸声呐设计人工探测系统可获取多维度的声场信息,与生物实验测量相辅相成,加深对生物多相介质中的声发射与声接收过程的理解,丰富齿鲸目标探测物理机理认知,为人工仿生声探测技术的发展与仿生水下装置设计提供新参考.     

《水中目标声散射》

正科学出版社出版,2018年1月,北京,333页,定价:129元水中声学目标的回声或散射是有源声呐的信息源。由声呐方程知,在声呐工作的三大要素:目标特性、传输信道和接收、处理设备中,目标信息是声呐工作的基础。其中水下目标声散射的研究是最为实际应用所关注的,水声学著作,如R.J.尤立克《水声原理》、朱埜《主动声呐检测信息原理》等都设专门章节对水下目标声散射特性进行讨论。汤渭霖等《水中目标声散射》则为该领域第一部专门论著。     

具有弹性障板的有限长充液管道的管口声辐射

求解了下端自由、上端带弹性障板的有限长充液管道,在下端受到流体脉动激励时,上端管口向水下半无限空间的声辐射。求解过程中,管道部分采用行波法求解,其中管壁与管内流体的耦合归结到求解充液管道的色散曲线;弹性障板的振动部分则采用模态法来求解,其中弹性障板及管口与外界流体间的声振耦合最终归结到求解模态的辐射阻抗。数值研究表明:管口辐射的流体声和弹性障板辐射的结构声对系统的声辐射均有较大的贡献。     

利用目标信道特性约束的信道匹配检测算法

浅海有源声呐的探测性能主要受到多途扩展以及混响干扰的影响.为了提高声呐系统的检测性能,根据双扩展信道匹配原理,结合混响信道与声呐目标信道特点,提出了一种基于回波特性约束的信道匹配检测算法.该算法通过最小二乘匹配追踪算法估计信道稀疏响应,并根据混响和目标信道的扩展差异,通过约束目标信道扩展对稀疏信道响应去冗余,得到更精确...     

用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射

本文介绍了用基于声类比的边界元计算管道风扇声场的新方法,将已被成功地应用于物体对外声场的散射计算方法推广应用到管道风扇的管内声传播和管口声辐射问题。数值结果表明了模型和方法的正确性及其可以作为管道声处理降噪敏果预测的工具。     

海底图象设备

本介绍了本海底图象设备的原理、组成和功能,并给出了侧扫声呐和剖面声呐的一些声图。     

激光致声声呐换能器的设计

提出一种声呐发射换能器的设计思路.设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力、多普勒分辨常数.基于激光声的产生、传播、时域波形和频率特性提出声呐发射换能器的概念性设计思路.从理论上初步证明了该换能器具有良好的距离分辨力和指向性,可作为高分辨力声呐的声源.     

应用匹配滤波法估测水下介质声阻抗的初步研究

对一种新的反演方法──匹配滤波法应用于水下地声探测中的声阻抗定量估测问题作了研究，论述了这种方法的原理和算法，并且给出了对其进行改进的方法。模拟声呐记录的试算结果表明，匹配滤波法是一种原理简单，计算量小，容噪性好的水下介质声阻抗反演方法．     

分布式光纤布拉格光栅在油气管道检测中的应用

阐述光纤布拉格光栅温度应力传感器的工作原理及光栅中心波长的移动探测解调原理,分析光纤布拉格光栅传感器在油气管道监测系统中的应用和前景。     

高分子材料固体平板中声速与吸收系数的测量

在日本海洋科学技术中心建造的6500m潜水调查船上,装备了观测声呐(水下图像声呐)。这种声呐的平面位置显示设备(PPI)使用频率为100kHz,图像显示用300kHz。为提高探测距离,必须制备透射损失非常小的声窗。而且由于导流罩与收发换能器之间的距离仅为10cm左右,为防止它们之间的混响,也需要透射损失很小的声窗。 以往使用的各种声窗材料,其穿透频率大部分在100kHz以下,而对100kHz以上的高频,则是以天然橡胶为主,但是天然橡胶的透声损失在1dB以上,且     

HL-2M 装置烘烤系统管路应力的仿真分析与优化

根据 HL-2M 装置烘烤系统管路设计,建立烘烤系统的管道应力计算模型。对烘烤系统管路作初始 支架设计,并采用系统内的最高温度分布,对烘烤系统进行热应力计算,分析管道应力及设备管口载荷。以热应 力计算结果为依据,对管路布置进行优化,并改善支架的设计,对烘烤系统进行应力校核计算,完成烘烤系统可 靠性验证计算,完成了管口位移量计算。     

悬浮泥沙声学观测的原理分析

从导出声呐方程式出发对悬浮泥沙声学观测方法的原理和系统设计问题进行了分析,得到了系统主要技术参数（如最佳工作频率、声发射功率和收发换能器孔径等）的计算公式,并着重讨论了时变随机过程的数据处理、声传播损失补偿及泥沙浓度现场标定等关键技术问题。本文分析的结果为利用声散射原理观测的声学系统（如声学悬浮泥沙浓度剖面仪和声学多普勒海流剖面仪）的研制和应用提供了依据。     

浅海动态环境下蛙人探测声呐布放深度优化技术

蛙人探测声呐的探测性能及作用距离不仅与目标海区的声速剖面和自身性能参数有关,还与其布放深度有关,其布放深度的选择对于水下目标探测具有重要意义。以射线跟踪理论为基础,建立了基于探测概率感知的声呐性能评估模型;提出了一种声呐布放深度自适应优化算法,该算法以不同准则进行两次筛选优化后可得到声呐最佳布放深度。仿真结果表明：在不同水文情况下,所提优化算法可以有效选择最优布放深度,进而提高声呐对目标的探测性能。     

中国近海悬浮颗粒物海水声波衰减

在对颗粒物声吸收机理分析的基础上,根据已有的南黄海和莱州湾海洋调查数据,对中国近海实际海域悬浮颗粒物海水在声呐工作频段内的声波衰减进行了计算分析.结果表明,在悬浮颗粒物浓度高的海水区域内,悬浮颗粒物粘滞性声吸收所造成的声波衰减与不计及颗粒物存在的海水声吸收相比不可忽略.计算分析同时表明,在声呐工作频段内,颗粒物的散射声吸收可以忽略不计.取可使粘滞衰减为较大值的粒径为5 um的悬浮颗粒物海水进行计算,在低于几十千赫兹的频率范围内,当泥沙类悬浮颗粒物浓度高于O.1 kg/m3、有机类悬浮颗粒物浓度高于1 kg/m3,颗粒物粘滞衰减系数将大于清澈海水的衰减系数.泥沙类悬浮颗粒物海水浓度高于0.1 kg/m3、有机类悬浮颗粒物海水浓度高于1 kg m3,可以作为是否需要计及颗粒物声吸收的比较保守的估计判据,或是作为悬浮颗粒物海水达到声学混浊的估计判据.     

声学消息

新书《主动声呐检测信息原理》即将出版 本书由朱野编著,海洋出版社出版,主要内容是从信息论和通信观点出发,全面、系统地讨论了水下有源声检测的全过程,着重讨论主动声呐三要素——声呐波形、声呐信道和声呐接收机以及它们之间的互相适配问题。 全书共11章,第一章是绪言,讨论水下有源声检测的特点及其与信息论的关系,引出全书的内容安排。第二章是波形分析基础,讨论一般确定性波形的信息特征(复数形式,窄带和宽带模糊度函数,波形分辨、模糊和测不准关系)。第三章讨论匹配滤波和脉冲压缩原理和作用及其各种实现技术(DELTIC,FFT,SAW,CCD,ChirpZT等)。第四章讨论几种常用波形     

发展新型声呐系统的几个科学问题

面向不确定性作战环境,分析声呐系统的信息不完备性,提出目标机动的概率建模与连续探测的概率优化、以及探测决策的快速循环;分析声呐系统环境的复杂性与环境计算模型的多样性,提出模型的自组织、模型计算的动态重构、以及计算结果在无尺度作战环境中的表达;分析基于数据学习的样本量不足,提出持续学习的系统目标与数据工程体系下的开放式系统设计问题;分析声呐系统作战运用中人的因素以及策略博弈。综合以上分析,给出新型声呐系统的广泛特征内涵定义。      

《主动声呐检测信息原理》

<正>科学出版社,2014年第2版,北京,656页,定价:118元/册主动声呐是由系统本身辐射给定形式的声波,并检测水下被检目标回波的系统,是水声探测的一个重要类别。发展主动声呐对于海洋安全与环境监测有重要意义。除开换能器及其收放系统以外,声呐信号、声呐信道和声呐接收机的设计与相互匹配是主动声呐设计的关键,目前国内外关于这方面的专著很少,非常     

低信噪比条件下多节点声呐目标跟踪算法*

低信噪比条件下,单个主动或单个被动声呐节点难以实现目标跟踪。多节点声呐系统希望通过增加探测节点提高系统探测能力,但其性能提高与否取决于选择合适的数据融合算法。本文利用双节点声呐试验数据研究低信噪比条件下的目标跟踪方法,采用“结合置信度水平的表决融合”算法对多个探测节点得到的数据进行融合,既考虑了目标回波信号的信噪比特性,又考虑了目标运动的连续性特征,还考虑了各节点探测结果的决策优化,最终实现较高精度的目标跟踪。算法实现了数据级、特征级和决策级的统一、融合,通过对判决依据进行量化、分层,简化判决的复杂性。试验数据处理结果表明,该方法能较好地解决低信噪比条件下多节点声呐目标跟踪问题,目标跟踪精度较高。     

基于数学形态学的声纳主动探测信息净化方法

针对主动声呐探测画面中混响和被动条状干扰问题,提出了一种基于数学形态学滤波的主动探测信息净化方法。该算法通过研究数学形态学滤波器的频响特性,构造与主动声呐探测画面中目标频率特性匹配的结构元素,然后对主动声呐探测画面进行形态学滤波处理,估计主动声呐探测画面的干扰背景,最后进行探测信息净化,并利用形态学滤波对净化后图像进行增强。海试数据处理结果表明,该文方法能够有效抑制低频被动条状干扰以及混响背景,使点状目标在图像中表现更为明显,更有利于目标检测。