低频大孔径线列阵声纳在海底反射区的测向性能分析*

与深海直达声探测、会聚区探测不同,在海底反射声探测模式下,低频大孔径线列阵声纳采用常规阵列信号处理方法,会产生测向误差增大和方位分裂等测向性能下降现象。目前,关于海底反射声探测模式下测向性能下降程度的预报、测向性能下降现象出现的区域位置预报等方面尚缺乏研究。本文针对该问题,提出一套海底反射区声纳测向性能预报方法。该方法以深海声场存在“简正波簇”现象及高阶“简正波簇”在角谱域分布具有稳定性等分析结论为支撑,提出高阶“简正波簇”角谱域分布向空域分布的转换方法、高阶简正波簇引起的测向误差量值预报方法、不同高阶简正波簇干涉产生多目标现象的条件的计算方法,实现了对低频大孔径线列阵声纳在深海海底反射区不同位置的测向误差预报、目标方位分裂现象产生的位置和目标角度范围要求预报。结合典型条件下的预报结果,本文提出了下一步开展低频大孔径线列阵声纳深海海底反射区环境适配信号处理方法的研究方向。     

调控明区声场重建性能和暗区声能量的综合控制方法

采用扬声器阵列的空间局部声场重建是指控制扬声器阵列输入的幅值和相位,使得目标声场聚焦于特定区域(明区)内,同时降低其他区域(暗区)的声能量。为满足车内乘客对独立视听环境需求的不断提高,研究车内局部声场重建。考虑到扬声器有驱动功率限制和传递函数存在测量误差,提出一种调控明区声场重建性能与暗区声能量平衡的鲁棒性控制方法(PSR-RC,Personal Sound Reproduction with Robust Control),采用路径跟踪法获得不同频率下的最佳权重因子。仿真结果与实车测试性能显示,PSR-RC算法保证明区重建声场性能的基础上,通过最小化暗区能量,获得了较好的明暗区声能量对比度。仿真与实车试验结果保持了较好的一致性,控制点区域的控制效果与非控制点区域的控制效果也保持了较好的一致性,验证了PSR-RC算法的正确性和可靠性。      

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。      

声波作用下铜球传热特性实验*

针对频率为500 Hz～3000 Hz和声压级为110 d B～133 d B的声场作用对铜球在空气中自然冷却的传热特性的影响,通过热电偶测温的方法,分析铜球温度梯度的分布与声场声压级、频率以及铜球直径的关系。结果表面,当频率f一定时,随着声压级的增加,铜球的传热效果得到明显增强,对于直径为5 mm的铜球,在133 d B声场中传热系数最大增加了25%。当声压级一定时,在频率范围中存在某一频率,此时铜球的传热系数最大,此特殊频率随着声压级的增大而增大。当铜球的直径为5 mm时,可以在低频段观测到声流效应的影响,而当铜球的直径为10 mm、15mm时,很难在低频段辨别出声流效应的影响。所得结论为声波应用于电站锅炉中,强化煤颗粒燃烧提供了依据。     

横观各向同性孔隙地层中声波测井的分波模拟

采用横观各向同性的流体饱和孔隙介质地层模型,模拟了井中由点声源激发的声场. 计算出了井孔声场函数的全部极点,发现最低阶泄漏模式波极点的虚部与正常模式波极点的虚部大小属于同一数量级,因而是不可忽略的. 在算例中还发现, 伪瑞利波相速度的低频极限值不一定等于地层横波速度. 计算了由极点留数对应的斯通利波、伪瑞利波和两种泄漏模式波的激发频谱和时域波形, 以及由割线积分给出的激发频谱和时域波形. 通过与全波的比较,发现在一些情况下仅由准横波割线积分不能获得准横波首波,必须将泄漏模式波与准横波割线积分波叠加后才能得到准横波首波,泄漏模式对全波的贡献不能忽略.      

非线性声场下包膜微泡动力学与频率响应分析

包膜微泡在非线性声场下的响应对高强度聚焦超声治疗具有重要意义.本文通过耦合Gilmore-AkulichevZener模型与脂质包膜的非线性模型,采用KZK方程仿真非线性声场,分析在不同超声频率、不同声压以及不同包膜材料的黏弹性下的微泡动力学行为和微泡振荡频率,并进一步对比了实际测量声场与KZK方程仿真声场下的微泡动力学行为和频率响应.研究结果表明:非线性声场会导致微泡壁的瞬时运动速率减小,声压和频率的改变对微泡动力学的影响与在线性声场中类似;包膜材料的不同可以使振荡频率中的谐波分量发生改变,其中包膜材料的弹性对微泡的频率响应影响较小,包膜的初始黏性和初始表面张力对微泡的振荡频率分布影响较大,当初始黏性越小时,二次分谐波的峰值越高,当初始表面张力越大时,主频的峰值越高.本研究进一步阐明非线性超声激励包膜微泡的微泡动力学,为包膜微泡在非线性声场下的频率响应分析奠定理论基础.     

水平不变浅海环境随机扰动对声传播的影响

本文主要讨论浅海水平不变波导中的低频声传播问题,为环境适配声纳设计奠定基础。通过仿真分析了海水及海底环境参数对传播损失的影响,根据仿真及实验结果,建立了声速剖面随机扰动及海面、海底起伏条件下的声强分布概率模型,并利用模型中的形状参数α和尺度参数β,提出了局部蒙特卡洛模拟加曲线拟合的声场敏感性分析方法。仿真及实验结果表明声场传播损失服从伽马分布,良好水文条件下10 km距离的声场能量起伏也达到10 d B,随着距离增加,声场敏感性增加。本文所提出方法通过对近场声场的测量和统计实现对远场声场敏感性的预报,与全声场蒙特卡洛模拟相比计算量减小一个数量级。     

阈值法测量护耳器声衰减若干问题探讨

护耳器的声学性能,目前普遍采用以主观判断法获得的声衰减量来表征,它是从裸耳和闭耳的阈值差计算而得。由于测量中存在着主观和客观方面许多因素的影响,其结果在在有很大差异。在探讨这一测量方法的规范化时,本文首先对目前现有各国标准进行评论,并对测试场所的允许噪声级、声场条件、测试人员的选择、测试方法和测试信号等方面,结合我们的工作经验提出一些看法。此外,测量结果的统计资料可以对护耳器性能的评比或排队提供一些实验结果。     

光弹法测量超声换能器声场

超声换能器声场的测试对于超声检测具有基础性作用,而传统的超声换能器声场测试方法具有一些局限性。本文介绍了搭建的动态激光光弹实验平台,并利用动态光弹法测量了纵波换能器和横波换能器辐射声场的特征,由瞬态声场图像获得了传声介质的声波速度及超声换能器的中心频率;由稳态声场图像获得了声场的近场长度、指向性和扩散角等参数;分析了光弹实验系统和测量方法可能引起测量误差。本文结果表明动态光弹法是一种有效的定量测量超声换能器声场的方法。     

全面感知水声信息的新传感器技术——矢量水听器及其应用

文章介绍了一种新型水声接收换能器——矢量水听器(矢量传感器),它可以同时共点地测量声场的声压和矢量(水媒质质点振速,振动加速度或声压梯度等),使用矢量水听器比常规声压水听器能获得更全面的声场信息,因此,在水声技术中获得了广泛的应用.文中描述了矢量水听器的结构设计和工作原理及特性,给出了一些重要的应用例子.