单矢量水听器抑制高速相干干扰

已知的高速运动相干声源会对矢量水听器的方位估计造成干扰,瞬时相关积分可修正线谱信号的频带展宽,但无法修正多普勒频移,不能通过固定参数滤波器抑制其干扰。将矢量水听器组合振速做为参考输入的自适应抵消器可抑制相干声源干扰,通过仿真验证此方法有效可行。     

矢量水听器阵列在分界面上的空间谱估计

矢量水听器通常由3个空间轴向垂直的振速水听器和1个声压水听器构成,可同时测量水声信号的振速和声压。为了了解复杂分界面上矢量水听器阵列的定向性能,根据分界面上平面波的反射模型,提出了改进的Bartlett和Capon空间谱,建立了统一框架,并且以绝对硬边界为例,对矢量水听器阵和声压水听器阵的定向性能进行了比较。仿真实验结果证明了该方法的正确性。     

声矢量阵张量分解MUSIC算法

矢量水听器同时、共点测量声场中的声压和振速分量,因此相对于声压水听器能够获取更多的声场信息,多重信号分类算法(MUSIC)是一种具有高分辩能力的方位估计算法,本文对声矢量阵接收信号三阶张量建模,并通过高阶奇异值分解得到信号张量子空间,从而结合MUSIC算法对声源进行方位估计。基于三阶张量奇异值分解得到的信号子空间相比于传统的矩阵奇异值分解得到的信号子空间能够更好地抑制噪声,并且体现了多维数据之间的关联关系,因此方位估计精度更高。计算机仿真结果表明:矢量阵张量分解MUSIC算法性能优于传统矢量阵MUSIC方法。      

基于矢量水听器线谱法目标方位估计

利用矢量水听器收集到的声压和振速信息,研究基于互谱法分析单目标的强线谱来进行目标方位估计。提出了单线谱法和多线谱法两种目标方位估计方法。其中,在分析多线谱法方位估计时,采用了直接平均和加权平均两种处理方法对多线谱进行处理,旨在提高目标方位估计精度。在原理阐述的基础上,通过仿真和湖试实验进一步分析比较了两种方位估计方法。     

用于水声通信的矢量水听器研究

水声通信系统使用传统的声压水听器接收信号,无法获得水质点的振速信息。该文研制了直径为?38 mm、高为46 mm的同振型矢量水听器,可以同步共点地获取水质点的声压信息与振速信息,解决水声通信系统对8~13 kHz的信号获取不全面问题。矢量水听器内部采用专门设计的一种共用惯性质量块的一体化三维加速度传感器,空间3个轴向的灵敏度均大于328.0 pC/g(g=9.8 m/s²)。采用PZT-5压电陶瓷圆环作为矢量水听器的声压通道,研制了具有x、y、z通道和声压p通道的矢量水听器样机,并在水池中对矢量水听器样机进行测试。测试结果表明,10 kHz处x、y、z通道的声压灵敏度级均大于-172 dB(0 dB参考值1 V/μPa),且具有良好的余弦指向性;声压通道灵敏度级达到-198 dB,可以用于水声通信中8~13 kHz信号的获取。     

基于HTCC电路的MEMS复合同振型水听器设计

矢量水听器是感知水下声信息的重要设备,基于MEMS微加工工艺研制了一种复合同振型矢量水听器,将MEMS矢量水听器芯片与压电陶瓷环在结构上组合在一起,能够同时拾取水下目标信号的标量信息和矢量信息。内部集成了HTCC调理电路,能够有效降低传感器耦合噪声,提高检测信号的信噪比。通过驻波管计量,MEMS复合式水听器的工作频率范围为20～1 000 Hz,矢量振速通道灵敏度为-170.5 d B@1 k Hz,标量声压通道灵敏度为-174.7 d B@1 k Hz。通过内嵌电路,信噪比提高了15 d B。     

适用于外场环境的矢量水听器校准方法

针对矢量水听器通道一致性校准问题,提出了一种适用于外场环境的矢量水听器校准方法。该方法通过复声强流处理估计远场参考声源的方位,利用振速通道的电子旋转形成指向参考声源方位的矢量输出,计算矢量水听器矢量通道灵敏度和相位差相对声压通道的补偿值。方法只需要一个远场参考声源,降低了矢量通道校准对环境和测试仪器的条件限制,提高了矢量水听器的校准效率。外场试验结果表明,该方法有效地实现了矢量水听器通道一致性的校准。     

基于矢量水听器的双基地声呐前向干扰抑制技术

针对双基地声呐系统中存在特殊的直达声及前向散射等前向干扰,提出了矢量水听器在主动声呐系统应用的概念.利用矢量水听器可电子旋转的单边组合指向性,结合姿态传感器可实时抑制强前向干扰.分析并仿真了矢量水听器声压和振速通道灵敏度和相位一致性对干扰抑制效果的影响,为双基地矢量声呐的理论和实验研究奠定了基础.     

确定信号情况下矢量水听器检测及估计性能研究

在某些场合,例如水下定位、编码通信,信号具有确知脉冲信号特性,声源相对于接收器的方位,可以采用矢量水听器处理来获得。对于确知脉冲信号,本文证明了在各向同性噪声场下,参考声压和振速的相关处理器的方向是声源方位的最大似然方位估计,以及方位估计的克拉美-罗界CRB(Cramer-Rao Bound)。给出了计算机的仿真结果。     

水池中低频矢量水听器灵敏度校准

在水池中,低频声源与矢量水听器吊放在水池中央,间距小于水池的混响距离,在100～1 000 Hz范围内测量矢量水听器声压和矢量通道接收信号的灵敏度.对测量得到的灵敏度进行球面修正,可得到矢量水听器声压通道和矢量通道的灵敏度.测量结果表明,这种校准方法能校准低频矢量水听器的灵敏度,结果与理论相符.     

遗传算法在矢量传感器对目标进行定向中的应用

矢量传感器通过测量水中质点的振速信息,仅用单个的矢量传感器就可以进行水下目标的方位估计。本文分析了声压梯度法和互谱声强法的定向原理,并将遗传算法引入互谱声强法目标定向中。通过构建适应度函数,根据信号适应度函数进行遗传选择,舍弃不稳定信号,对有用信号进行杂交,从而获得较高的定向精度。仿真结果表明,该算法可以有效地进行目标方位估计,进一步提高定向精度。     

基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术

目前的海洋内波检测技术在实际应用中误差大,受海洋环境影响显著,且无法自主识别.针对这一问题,文中提出了一种基于矢量场处理的海洋内波预警的监测方法.该方法基于声压和质点振速联合信息处理,利用超低频矢量水听器拾取的声场三维信息,可在复杂的海洋背景噪声场中根据方位估计算法对非协作目标进行时-空-频三维跟踪与锁定.内波的到来引...     

一种电容式声压水听器的热粘性声学仿真研究

为了满足多领域中水下复杂环境声压检测的需要,提出了一种基于微机电系统(MEMS)的电容式声压水听器,开发出注油孔及注油沟道设计,将传感器封装于硅油中,通过平衡振动薄膜内外压强可以提高其耐受静水压能力。使用Comsol Multiphysics仿真软件对水听器建模,采取热粘性声-结构多物理场对传感器进行静态分析、模态分析及谐波声信号扰动下的灵敏度分析,在用有限元法分析模型时考虑了热效应与粘滞效应对小尺寸声学换能器的影响,使仿真结果更具说服力。得到了在幅值为10 Pa,频率在1 Hz～10 kHz的谐波声信号扰动下水听器的接收灵敏度为-147 dB。仿真结果表明,设计的电容式声压水听器据有高灵敏度和宽频带等特点,可以满足不同领域对水下低频声压信号的测量需求。     

矢量垂直阵的物体深度辨识研究

为有效对水面物体、水下物体实现深度判决,研究了利用垂直布设的矢量水听器组的声压和水平振速互谱函数有功分量的正负号进行判决的方法,该方法适用于变声速环境的浅海甚低频(VLF)声场物体深度辨识。依据在波导中只存在两阶简正波的条件,分析水域深度与探测频率范围的关系,并就几种不同声速剖面情况进行仿真分析。对千岛湖水声试验中的数据进行处理,辨识结果和实际深度符合良好,正确率80%及以上。      

采用单水听器的匀速圆弧运动直升机三维参数估计算法

针对空中匀速圆弧运动目标激发的水下声信号,该文采用单水听器解决该动目标3维运动参数的估计问题。首先以直升机离散线谱为声源特征,在空气-水介质中建立声源线谱特征在匀速圆弧运动下3维多普勒传播模型。然后根据多普勒频移曲线、声源运动模型以及声线传播几何关系,选取3个时间观测点计算目标多普勒频移,推导了单水听器估计空中匀速圆弧运动声源的3维参数估计算法。最后,通过仿真单水听器所接收的水声信号,验证了该算法估计匀速圆弧运动声源飞行参数的有效性和精度。     

基于符号-最小平均峭度的自适应谱线增强器

从误差信号峭度的性质和误差符号(SE)算法的特点出发,提出了基于符号一最小平均峭度(Sign-LMK)的自适应谱线增强算法。该谱线增强器的结构与基于LMS算法的自适应谱线增强器(ALE)相同,但它是用误差峭度的符号和输入信号作为权向量的更新因子的。仿真结果表明具有计算量小、抑制非高斯噪声和增强谱线性能强、收敛后均方误差小等优点。     

声强向量阵对低频目标测向及其优化算法研究

研究了基于典型声强向量阵——三轴六基元阵的低频水声目标被动声测向算法,该方法综合利用了目标声场的声压和振速信息,能在小尺寸和低频条件下实现水声目标的高精度测向。提出了基于几何平均声压测量声强原理的优化算法,进一步改善了定向性能。用实测舰船噪声数据进行了计算机仿真,结果表明：矢量传感器尺寸为0．5m,信噪比为0dB时,优化算法得到的全空间内方位角和俯仰角误差的最大值均在2°以内。     

直接扩频序列系统中IIR格型自适应滤波抗多窄带干扰

介绍了一种直接扩频系统中抗多个窄带干扰的多支路自适应IIR陷波滤波算法。通过频率分离 ,在各个支路通过谱线增强器估计干扰的瞬时频率和功率 ,减少了输入信号特征值扩散程度 ,加快了自适应算法收敛速度。采用一种IIR自适应格型陷波滤波技术 ,调整陷波器的深度 ,提高了输出信号信噪比。     

Near-field/far-field azimuth and elevation angle estimation using asingle vector hydrophone

This paper introduces a new underwater acoustic eigenstructure ESPRIT-based algorithm that yields closed-form direction-of-arrival (DOA) estimates using a single vector hydrophone. A vector hydrophone is composed of two or three spatially co-located but orthogonally oriented velocity hydrophones plus another optional co-located pressure hydrophone. This direction finding algorithm may (under most circumstances) resolve up to four uncorrelated monochromatic sources impinging from the near-field or the far-field, but it assumes that all signal frequencies are distinct. It requires no a priori knowledge of the signals' frequencies, suffers no frequency-DOA ambiguity, and pairs automatically the x-axis direction cosines with the y-axis direction cosines. It significantly outperforms an array of spatially displaced pressure hydrophones of comparable array-manifold size and computational load but may involve more complex hardware. This work also derives new Cramer-Rao bounds (CRBs) for various vector hydrophone constructions of arrival angle estimates for the incident uncorrelated sinusoidal signals corrupted by spatio-temporally correlated additive noise