线谱非平稳性与Dopplerlet测距测速

水中航行物的辐射噪声中的线谱特征通常被用来提高声呐的检测性能,本文用线谱特征来估计水中航行物的距离和速度。文中给出了四条水中航行物的时变谱图像和线谱图的例子,从这些例子中可以看到线谱非平稳性的一些时频形态,线谱非平稳反映的航行状态变化和由于辐射噪声与水声信道相互作用产生密集的干涉条纹等现象。文章指出了其中有二组特征蕴藏的目标距离和速度信息,线谱和干涉条纹。利用Dopplerlet变换和匹配投影算法提取到线谱中蕴藏的目标距离和速度信息。用计算机模拟验证了本方法的可行性,编写了较好的算法,并调查了算法的性能。在此基础上,从海上实验数据中估计出水中航行物的距离和速度,其估计值与海上实验实际的距离和速度相符。     

非平稳性量度及其在齿轮箱噪声分析中的应用

从时变噪声过程的演变矢量描述出发,提出了非平稳性量度Q,同时包括了信号功率的不平稳性和谱形状的不平稳性。作为一个单参数为不同过程间非平稳性的比较,提供了一个可资比较的量。并将非平稳性量度应用到所谓的齿轮箱“杂声”分析中。     

多普勒频移和干涉谱联合的水声目标运动参数估计

常见水中运动目标会辐射连续谱噪声和线谱噪声,连续谱噪声在浅海波导环境中形成明暗相间的干涉条纹。根据干涉条纹可以得到目标最近距离与速度的比值,无法直接解出两个参数值。针对利用干涉条纹无法分别估计最近距离与速度问题,提出一种多普勒频移、干涉条纹结合的运动参数估计方法。根据单条线谱多普勒频移得到最近距离与速度参数耦合曲线,再将该曲线与干涉条纹得到参数比值线相交,交点即为两参数估计结果。数值仿真估计声源运动速度、最近距离,在信噪比6dB条件下,平均估计误差分别为0.71%与0.87%。将该方法应用在2021年6月大公岛海域海试数据,5组实验数据估计目标运动速度、最近距离平均误差分别为2.5%,4.4%,证明了方法的有效性。     

浅海波导中水下目标辐射噪声干涉条纹的理论分析和试验结果

浅海波导不变量的研究是近30年来水声学中引人注意的课题之一。水下目标辐射噪声的直达波和海面、海底反射波之间的干涉现象可以认为是浅海波导的典型例子,直达波和反射波之间的干涉条纹对了解浅海波导的机理是非常有效的。本文给出由水下目标辐射噪声直达波和海面、海底反射波产生的干涉现象的理论分析,指出由海面反射波引起的干涉条纹集中在高频段,而由海底反射引起的干涉条纹既可能在低频段也可能在高频段,它与海底的声学特性密切相关。文中给出了干涉条纹图和目标位置、海洋环境以及接收传感器等参数的关系,指出干涉条纹具有双曲线的形状,而一族双曲线的渐近线为直线。海试给出了若干有趣的结果,部分数据处理的例子证实了理论分析的正确性。本文所述的理论与试验结果表明在一定条件下,干涉条纹图可以用于目标检测与识别。     

线谱声源随机运动和随机海洋信道引起的非相干散射

本文采用广义相干函数和广义散射函数的概念探讨线谱声源随机运动和随机海洋声信道引起的非相干散射,指出接收点的散射函数是线谱辐射过程时空过滤函数和随机海洋声信道散射函数的卷积。文中分别给出了声源随机运动和海洋信道随机时延引起的空间频率谱扩展。     

利用傅里叶变换和色度学原理分析白光干涉图的形成

在物理和物理实验教学中,白光干涉是光学部分非常重要的知识点和难点。为了加深学生对白光干涉原理的理解,利用傅里叶变换、色度学原理和matlab软件将白光干涉条纹图分解成彩色的单色光干涉条纹图,从而验证了白光干涉的原理。干涉信号从空域到频域再到空域的转换过程亦可帮助学生理解正、逆傅里叶变换的原理。     

利用船舶噪声的自相关与倒谱联合估计多径时延

对2007南海试验中多个航路船舶噪声的自相关和倒谱特征进行了分析研究,结果发现:近距离处倒谱图中的时延峰曲线消失、自相关相对倒谱有更高的时延峰检测信干比。类似现象此前未见报道,说明在一定条件下采用单一自相关法或倒谱法均难于连续检测时延峰。为解决这一问题,首先应用射线声学理论结合数值仿真,解释了该试验现象的产生与“随距离减小,倒谱和自相关的时延峰绝对幅度分别减小和增大”的性质有关,进而提出了一种利用船舶噪声的自相关和倒谱联合估计多径时延的方法。海试数据处理结果表明:本文方法能够稳健地跟踪多径时延峰,有效地弥补传统单一自相关法和倒谱法的不足,对解决多径时延的连续估计问题有明显效果。     

利用分频带空间谱和波束域的输出直流跳变与起伏比值融合检测未知线谱目标

目标辐射噪声中高强度稳定线谱可以用来提高常规宽带能量积分的检测性能。理论分析了已知线谱检测优于宽带能量积分检测的谱级比条件。给出了线谱频带可检测条件下,线谱谱级与最小可检测信噪比关系。分析分频带空间谱和波束域的输出直流跳变与起伏比值特征。在此基础上提出了一种构造频率、方位滤波矩阵的方法。该矩阵作用类似频带方位滤波器,通过对线谱频带目标方位的信号放大,与其他频带判决结果融合,来提高常规宽带能量积分的性能。最后给出该算法适用条件和性能分析。数据仿真和海试数据处理结果可知,该算法在多干扰源存在下对弱线谱目标提取能力强,且不需多帧统计,在检测效果上更接近于理想的窄带线谱检测方法。      

基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距及其非模糊度量程分析

飞秒光梳被广泛用于时间频率技术和精密光谱测量,由其时频特性所衍生的绝对测距技术以可溯源、大尺寸、高精度等优点有望成为未来长度计量的最重要手段.本文提出了一种基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距方法,使多个连续波激光器通过光学锁相环技术同步锁定到飞秒光梳梳模上,通过多路同步相位测量和小数重合算法最终实现绝对距离测量.所提测量方法不仅能保留传统激光干涉测距的高分辨力和精度,而且可溯源至时间频率基准,对高精度长度测量、尤其是对物理复现“米”的定义具有重要计量意义.测距实验证明,四波长干涉测距的非模糊度量程达到44.6 mm,折射率波动导致非模糊度量程变化为纳米量级;多波长干涉测距的非模糊度量程也受制于空气折射率的测量误差,多波长干涉绝对测距的非模糊度量程在实验室环境下可达数米、甚至几十米,并通过2米线性位移实验证明了多波长绝对测距的大量程和线性测量性能.