不确知海洋环境下的贝叶斯声源定位法

为了提高不确知海洋环境下的声源定位性能,贝叶斯声源定位法将环境参数与声源位置同时反演。该方法利用遗传算法在参数空间中寻优,将后验概率密度在环境参数起伏变化范围内积分,得到声源距离和深度的边缘概率分布,从中求得声源位置的最优值,并进行定位结果的不确定性分析。考虑到海底密度和衰减系数对匹配场处理代价函数的敏感性较弱,利用海底参数之间的经验关系实现这两个参数的间接反演。处理并分析了2000年的一次黄海声传播实验数据,研究表明,贝叶斯声源定位法对环境失配有较好的宽容性。采用经验公式可减少待反演参量维数,进一步提高定位的精度。      

有限元法分析空腔周期分布粘弹性层的声特性

运用有限元方法研究水中空腔周期分布粘弹性层及粘弹性层附在钢板上、并位于水和空气之间的声特性。结果表明,在低频,水中有空腔的粘弹性层比无空腔的粘弹性层有较大的反射;空腔的形状和谐振对低频声特性产生很大影响。给出了粘弹性层具有球形、圆柱形和圆锥形空腔的振动模式和声特性的数值结果。     

可产生"任意"超声检测信号的方法

提出了一种实现超声检测中期望检测信号的方法.该方法采用自适应滤波解卷积计算获得期望检测信号所需的激励信号,通过将该激励信号施加在检测系统上获得期望的检测信号,达到检测信号的可控可调.实验获得了时宽带宽积达33的线性调频检测信号和信噪比达18.1 dB的单周期检测信号,达到期望要求.仿真分析表明,所实现的检测信号信噪比将随检测系统带宽的增加而增加.该方法可用于产生与检测目标相匹配的检测信号,提高超声检测性能.     

关于浅海中简正波衰减与群速的讨论

详细地讨论了浅海简正波衰减与群速的计算问题,并提出了一种新的计算简正波衰减与群速的修正加权权分公式.在 Pekeris浅海情况下,比较了该公式与循环距离公式、加权积分公式的计算精度和适用范围,并研究了上述3种公式对浅海声传播计算的影响.理论分析与数值结果表明,修正加权积分公式比国际上流行的加权积分公式有更高的精度,可广泛应用于浅海声场的计算.     

南海北部海域内波环境下声传播损失起伏统计特性

浅海内波会引起声传播能量随时间的起伏变化,进而影响水声设备的工作性能.本文利用2015年南海北部一次浅海声场起伏实验数据,对比分析了浅海线性内波和孤立子内波条件下的声传播损失统计特性.在孤立子内波条件下,声传播损失起伏明显加剧,可达11 dB,且分布明显展宽,相对于线性内波的环境,声传播损失起伏可增加5 dB.从简正波...     

深海远程正交频分复用水声通信块间迭代稀疏信道估计方法

在深海远程正交频分复用(OFDM)水声通信中,信道时延长、频率选择性衰落严重,传统的块独立压缩感知稀疏估计需要较高导频插入密度才能保证一定的估计性能,通信频谱利用率较低。提出了一种基于信道稀疏时变建模的块间迭代信道估计方法,利用深海信道在两个相邻OFDM数据块之间的时间相关性建立块间信道稀疏多途结构的时变关系,在此基础上,对传统稀疏信道估计算法中的候选字典矩阵的字典原子进行删减并改进优化方程,实现了对前一数据块所估信道信息的有效利用,显著降低了信道估计所需的导频插入密度。在深海不同接收深度、不同距离条件下开展了海试验证,实验结果表明,与传统稀疏信道估计方法相比,本方法在导频插入密度减半的条件下可达到优于传统方法的估计性能。     

结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨

针对单线阵左右舷模糊问题,提出了结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨算法。该算法首先通过离散傅里叶变换将阵列接收信号离散化为若干个窄带频谱分量,之后对每个频点的窄带数据讲行盲源分离,得到每个频点上各个来波信号的导向向量;然后通过常规波束形成对各个导向向量进行方位谱估计,并根据左右舷抑制比进行单目标左右舷分辨,确定各个频点上的来波方向;最后对所有频点上的来波方向进行聚类,得到各个真实目标的方位,从而实现多目标左右舷分辨。仿真实验中,相比常规波束形成方法(CBF)和最小方差无畸变响应算法(MVDR),该算法更准确地估计出了目标数目,且保持了较快的计算速度;海试数据处理中,该算法排除了目标镜像的干扰,准确估计出了船只目标的轨迹。仿真及海试数据处理均表明,该算法可以分辨真实目标与目标镜像,具有比CBF和MVDR算法更好的左右舷分辨能力。      

水浸超声检测的平面波频域快速成像算法

给出了一种基于一步相移法的水浸超声检测快速频域算法,以适用于液浸式相控阵成像。通过在阵列信号频域乘以相移因子,将阵列虚拟延拓至水浸工件表面,再进行单介质频域成像。相比时域延时叠加算法,节省了计算界面折射点的用时。对于垂直入射平面波检测,提出一种网格匹配的方法,通过调整傅里叶变换的点数,使阵列信号频域和图像频域的采样网格相重合,有效地减少了频域插值误差和伪像,进一步降低了运算次数.实验结果表明,网格匹配频域算法的运算次数仅为时域平面波算法的1/60,为水浸式超声实时检测提供了一种可行方案。      

水下声学滑翔机用于东印度洋声传播特性分析及声源估计

常规实验方法无法同步获取深海大尺度声学和水文数据,水下滑翔机可作为同步观测平台解决该问题.首先利用在东印度洋北部海域水下滑翔机同步获取的声传播和水文实验数据,分析了水下滑翔机的自噪声谱级和实验海区声传播特性,然后推算并修正了滑翔机水下运动轨迹,利用第一影区水下滑翔机接收声传播信号的脉冲多途到达时间差对声源进行测距与定深。潜标接收噪声与滑翔机自噪声谱级对比表明,水下滑翔机在海洋中无动力运动时的系统自噪声接近于潜标观测的海洋环境噪声。滑翔机实测的声传播损失与模型计算结果吻合较好,第一影区水下声源测距定深结果与实际位置较为一致,测距与定深的相对误差均小于5%。利用加载水听器的水下滑翔机可以实现水文环境数据与声学信号的同步观测,对深海声传播特性测量及定位算法研究具有重要意义。      

钻具遇卡声波检测理论与实验研究*

石油钻探过程中,钻具经常发生陷入泥沙中不能自由活动进而卡在井下的事故。本文提出使用单发双收声系来检测钻具遇卡的方法,首先使用有限差分模拟了钻具外为自由流体和泥沙两种介质时的钻铤波响应,通过对比远近接收器的钻铤波衰减,发现泥沙卡钻情况下的钻铤波衰减要明显大于自由钻具情况。随后建立了实验模型对理论结果进行了验证。理论模拟与实验结果均表明声波方法可用以检测钻具遇卡事故,从而确定卡钻的深度位置,为解卡钻作业提供解释依据。