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。     

基于声能流矢量补偿的水下目标高精度DOA估计

针对各向异性噪声对水下目标方位估计精度产生严重干扰的问题,文中提出了一种基于声能流矢量补偿的水下目标高精度DOA估计方法。该方法基于声压和质点振速联合信息处理技术,在有效降低各向同性噪声影响的同时得到各向异性噪声源分布模型,并根据各向异性噪声场声能流模型对各向异性噪声进行矢量补偿,进一步实现了对各向异性噪声的抑制,达到高精度估计的目的。通过数值仿真对该方法的性能进行了验证。仿真结果表明,在20 dB以下,文中方法精度均高于常规复声强器DOA估计,精度最高提高了21%。     

基于振速测量的HELS方法声场重建研究

本文在Helmholtz方程最小二乘法(HELS)的理论基础上,提出水下基于振速测量的HELS方法声场重建模型,并对理想点源声场进行了重建结果分析,仿真结果显示在不同的测量距离上,尤其对于振速重建,基于法向振速测量的声场重建精度高于基于声压测量的声场重建精度;在发射不同频率声波时,基于法向振速测量的声场重建精度变化不大,说明该模型对于频率适应性强;为了分析该模型在实际应用中的性能,加入随机噪声分析,证明了振速模型抑制噪声的能力明显优于声压模型.仿真研究表明了该振速模型的正确性、可行性和重要性.     

基于声矢量阵的信源数目检测和方位估计算法

大多数高分辨方位估计算法往往需要估计信源数目或假设已知，本文提出一种基于声矢量阵的信源数目检测和方位估计算法。该算法在解析振速模型的基础上，将基于二阶统计量的盲源分离技术应用于矢量阵数据通道的盲源分离，利用信号与噪声的声压和解析振速之间相关性的差异，依据相关系数评价准则实现信源数目的准确检测和方位估计。计算机仿真试验结果验证了算法的有效性。     

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。     

水下目标实时声测定向系统的设计与实现

对基于压差式传感器阵列的声压振速联合信息处理的目标定向原理和算法，给出了实现该方案的技术途径、硬件设计及软件实现方法。测试结果表明该方法性能优良，有较高的运算精度和较快的运算速度。     

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。     

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。      

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。     

声矢量阵远程定向技术(一)--新的协方差矩阵生成方法

MUSIC等子空间类DOA(direction of arrival)估计算法,以其较高的分辨能力和相对较小的计算量而颇受关注．但如果将其简单引用到声矢量阵中,将矢量传感器(AVS)的振速信息仅仅作为独立的阵元来处理,则并没有充分利用AVS 中声压和振速的相干性,以及由此带来的抗各向同性噪声能力．基于AVS中声压和振速的相干性原理,提出了一种新的声矢量阵协方差矩阵牛成方法．该方法完全利用了AVS的平均声强抗噪原理,具有较强的抗各向同性噪声能力,可将子空间类DOA估计方法与声矢量阵技术更为有效地结合起来,实现远程高分辩DOA估计．理论分析和基于湖试数据的仿真实验证明了新方法的有效性．     

Subspace intersection method of high-resolution bearing estimation in shallow ocean using acoustic vector sensors

The subspace intersection method (SIM) provides unbiased bearing estimates of multiple acoustic sources in a range-independent shallow ocean using a one-dimensional search without prior knowledge of source ranges and depths. The original formulation of this method is based on deployment of a horizontal linear array of hydrophones which measure acoustic pressure. In this paper, we extend SIM to an array of acoustic vector sensors which measure pressure as well as all components of particle velocity. Use of vector sensors reduces the minimum number of sensors required by a factor of 4, and also eliminates the constraint that the intersensor spacing should not exceed half wavelength. The additional information provided by the vector sensors leads to performance enhancement in the form of lower estimation error and higher resolution.     

Acoustic vector-sensor array processing

A method is presented for localizing acoustic sources using an array of sensors, the output of each being a vector consisting of the acoustic pressure and acoustic particle velocity. The authors derive a compact expression for the Cramer-Rao bound (CRB) on the estimation errors of the source direction-of-arrival (DOA) parameters in the multi-source multi-vector-sensor model. An explicit expression is found for the mean-square angular error (MSAE) bound for source localization with a single vector sensor. The authors present two simple algorithms for estimating the source DOA with this sensor, along with their statistical performance analyses     

声发射信号分析与气-固两相流粒径测量

气-固两相流相关参数的实时检测对过程控制和高效运行具有重要的意义。针对现有气-固两相流参数检测法的缺陷,依据经典声发射理论,设计一套空气-玻璃微珠的声发射信号检测装置,进行试验并评价。选用不同粒径的玻璃微珠在撞击速度分别为1.98m/s、2.80m/s、3.40m/s和4.00m/s下,获取气-固两相流的速度、粒径的声发射信号,并采用功率谱估计对其进行分析。试验发现,功率谱估计的幅值、面积与固相颗粒的撞击速度、粒径呈良好的线性关系,通过验证试验,粒径检测的相对误差小于8.5%。因此,声发射结合功率谱估计的方法测量固相颗粒粒径是可行的。     

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。