一种适用于任意阵的幅度束控新方法

本文给出了一种幅度束控方法,它适用于任意类型的基阵.在指定旁瓣级时,它可以得到最佳的或接近最佳的指向性图案,这里最佳的含义是,声压平方这个函数在所研究平面围成的面积达到最小,或者指向性因子达到最大.本方法可以改变各旁瓣和零点的位置,改变各旁瓣的相对高度,因此可以在其它各种意义上获得希望的指向性函数. 本文使用这种方法对具有圆柱型反声障板的补偿圆弧阵进行了综合,并与其它几种方法进行了比较.该方法还被用于线阵,它可以得到与契比雪夫—道尔夫束控方法完全相同的束控系数和指向性函数.     

指向性综合的逐步逼近方法(Ⅱ)——非极值条件下的逐步逼近法

本文发展了逐步逼近法,提出了非极值条件下的逐步逼近法。该方法被用于指向性函数和期望函数之间的整体拟合,扩充了逐步逼近法的应用范围,从而使它形成了一个比较完整的指向性综合理论;本文还研究了线阵的非对称束控,提出了通过这种束控改善指向性函数和期望函数的拟合程度。     

圆弧阵的水平指向性和综合

本文使用稳相法详细讨论了圆弧阵的水平指向性,给出了计算指向性函数的主瓣束宽和主瓣内平均声压的比较准确的公式。本文提出的幅度束控方法和设计不等距阵方法可以成功地克服圆弧阵主瓣内指向性函数起伏大的缺点,同时使主瓣束宽和主瓣内平均声压基本保持不变。     

带软障板线列阵的旁瓣抑制

本文计算了带反声障板线列阵的指向性,并采用换能器串、并联结的简便方法实现等效的幅度束控以达到抑制旁瓣的目的,又进行了实测。无论是对均匀线列阵或对幅度束控阵,计算和实验相比吻合尚好,验证了理论公式的正确性。此方法可推广用于圆柱阵垂直指向性旁瓣的抑制。     

应用幅度束控实现波束扫描

本文研究了应用幅度束控实现线阵波束扫描的问题,给出了傅里叶变换和逐步逼近法两种综合方法,并对逐步逼近程序进行了改进。通过数值计算讨论了幅度束控扫描阵的特点并和相位补偿阵进行了对比。     

水声共形阵辐射指向性计算方法及其实验验证

用边界元方法,给出了水声发射换能器共形阵各阵元的单元指向性以及基阵的自然波束指向性和束控波束指向性。首先建立了换能器共形阵的边界元模型,并根据换能器结构和声传播介质建立了模型的边界条件,计算了其辐射指向性。然后在消声水池中对共形阵各阵元以及基阵的辐射指向性进行了实验测量。将理论计算结果与实验测量结果进行了对比,二者吻合得比较好。研究结果表明:基于边界元方法建立的模型及计算方法,对基阵的辐射指向性进行理论计算和预报是可行的。     

离散多基元声基阵指向性函数计算

本文从任意分布的离散多基元点阵的指向性函数,引出线列阵、圆弧阵、平面阵、圆柱阵以及球面阵、共形阵的指向性函数。并且进一步阐述了它们的波束形成和波束空间复盖方案设计。     

集合式相移开关波束扫描发射系统

本文介绍一种用于研究大型平面发射阵波束扫描特性的集合式相移开关波束扫描发射系统.这种系统利用的是等距阵相移开关波束扫描原理.它特别适用于研究各种不同尺寸、不同形状的阵元所构成的线阵或平面阵,在大角度扫描时的远场和近场的精细结构.波束扫描指向角,可以通过改变工作频率或阵元间距,控制到任意所需的指向.在不增加通道的情况下,适用于任意多个阵元所构成的等矩阵,包括在周期结构上随机分布所形成的随机阵. 本系统主要由集合式相移开关扫描波束形成器,多路功率放大器和宽频带多档输出匹配变压器组组成. 为了检验整个系统的性能,进行了初步实验.在水池中用脉冲法测量了扫描波束的指向性图.扫描波瓣的峰值位置θ_0的实验值和理论值符合得较好.     

合成近场校准基阵的方法研究

本文利用单根的束控线阵来构造一个虚拟近场校准基阵,使换能器能在它的近场直接测量辐射声场特性。通过利用改进的矩阵稳定技术,解决了求解束控线阵的束控系数时最小二乘解的稳定性和实用性问题。借助计算机仿真,研究了特定线阵条件下,合成近场测量基阵（Ｓ－ＮＦＣＡ）的近场空间的平面波均匀性与线阵间的间距、线阵的工作频率之间的关系。并以小球源为阵元合成一虚拟平面ＮＦＣＡ,用它对一平面喇叭换能器的近场测量得到远场指向性,并与远场实测结果比较,得到了相当吻合的结果。     

基于特征频率的拖曳双线阵最优左右舷分辨

左右舷模糊是拖曳单线阵固有的缺陷,而拖曳双线阵具有左右舷分辨能力。本文利用双线阵的指向性函数,通过对双线阵左右舷抑制比的分析,给出使左右舷抑制比最优的特征频率,并提出一种适用于宽带信号的拖曳双线阵左右舷分辨方法。理论分析表明:当目标方位已知时,特征频率仅依赖于双阵问距,且对双阵间距变化有相当的宽容性;基于特征频率的常规波束形成使左右舷抑制比有显著改善。海试结果验证了特征频率的存在,通过对比证明了方法的有效性。     

任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列优化波束形成方法

针对常规波束运用到实际传感器阵列时旁瓣较高这一缺点,提出了适用于任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列的两种旁瓣约束优化波束形成方法。一种是主瓣宽度约束条件下的最低旁瓣波束形成,另一种是在所能允许的最高旁瓣约束条件下的高增益波束形成。通过对加权向量范数进行约束,提高波束形成的稳健性。这两种优化波束形成问题都可以写成二阶锥(Second-OrderCone)约束优化的形式,然后利用已有的内点方法(Interior-PointMethods)求出其数值解。计算机仿真和湖上实验数据处理结果表明,该低旁瓣波束形成方法相比于常规波束和其它基于自适应波束形成的旁瓣控制方法,在同等主瓣宽度的情况下可以获得更低的旁瓣级;该高增益波束形成方法在同等旁瓣级约束条件下可以获得更高的阵增益,而且旁瓣级能够满足设定要求。     

稀疏圆柱基阵波束垂直扫描

本文分析了三维圆柱形基阵波束垂直栅瓣形成机理,导出波束垂直扫描极限波长和基阵其他参数的关系,指出指向性函数通常是复数,并用子阵相移法来调节复合子阵的相位特性,在圆环阵指向性图适当位置插入零点,以消除垂直栅瓣、扩大基阵波束扫描范围。对不同基阵,找出相移参数β的最佳值,一般取kβ≈0.5为宜。以两个弧面阵为例作了数值计算,证明对全圆阵导出的极限波长也适用于弧面阵;和相同条件下未相移基阵相比,可将波束垂直扫描范围扩大到间距d为五个波长左右,或将基元数减少2—4倍;当未相移基阵指向性图出现栅瓣时,并可将指向性指数提高1.7到5.5dB。     

圆阵的水平方向性

本文给出了阵元具有任意指向性的圆阵水平方向性函数的计算公式。对单面辐射阵元组成的圆阵进行了深入的讨论,给出了各种参数对阵方向性影响的规律性。对点元组成的圆阵,本文得出如下规律:使用奇数个阵元比用偶数个阵元更易于得到均匀的方向性;阵半径和波数的乘积接近零阶贝塞尔函数的零点,方向性的不均匀度明显增加,而且阵的接收灵敏度(或发射响应)显著降低。     

圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法

提出了圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法。首先建立了圆柱阵分两级子阵进行波束形成的信号模型,接着利用空间均匀噪声场中噪声互谱矩阵的循环特性得到基于特征波束分解与综合模型的圆柱阵超指向性的最优解,然后仿真研究了其误差敏感度函数、阵增益和波束图等性能指标,并与圆柱阵的传统全局处理方法进行了对比。提出的分两级子阵处理的超指向性方法与传统全局处理方法相比不仅降低了数据存储量和波束形成计算量,而且进一步提升了稳健性,并且在低频段的阵增益远远高于常规波束形成的值,对水下声呐阵列的设计具有一定的参考价值。      

大基阵指向性图的合成

本文借助对假想基阵的分析,求出任意形状大基阵指向性图和加权函数的对应关系,导出了加权函数的近似表达式。通过圆弧阵和线列阵两个数值例子,说明运用合成方法能实现预定的设计要求。设计波束宽度存在最佳值。以均匀间距线列阵作了实验验证,波束宽度理论值和测量值一致性较好。     

阵元固体指向性补偿对超声全聚焦成像的 优化研究*

超声全聚焦成像中,声波的传播受到阵元指向性的影响,位于阵元不同方位的缺陷成像幅度不同。缺陷相对阵列中心偏角越大,回波幅度越低,容易造成漏检。为提高超声全聚焦算法对固体中大偏角缺陷的成像能力,该文引入了矩形阵元固体指向性函数,建立了基于固体指向性补偿的超声全聚焦优化算法,利用指向性系数对不同角度区域的成像进行幅值补偿。实验结果表明,相对于基本超声全聚焦和传统指向性补偿的超声全聚焦算法,该文固体指向性优化算法对大偏角缺陷的成像幅度补偿效果更好,检测灵敏度更高,有效避免了缺陷漏检,扩展了超声全聚焦算法检测范围。     

计算线源声参量阵辐射场的新方法

本文提出一种计算惠更斯积分的新方法,并利用它来研究线源声参量阵。首先将点源函数展开为一个算符对平面波函数的运算,经过计算证明,如果将这个算符对参量阵远场解进行运算,得到的结果即为线源参量阵辐射场的解。其次证明,参量阵的夫琅和费远场解及菲涅耳修正解都可由本文导出,并且证明,菲涅耳修正只是对半束宽角以外的场有贡献。本文还计算了截断参量阵的辐射场,结果表明,这种阵的近场指向性随距离的减小而变尖锐。并且可以预料,实际参量阵辐射场的性质取决于下述三个场参量:kRsin²θ,βR和R_{1 关键词：}     

指向性辐射器的简正波声场

本文讨论比较一般的指向性辐射器在分层介质中的声场,并将指向性概念应用于简正波计算。结果表明,对无方向性点源的简正波表示式补充以指向性激发函数,就可得到指向性辐射器的简正波声场,而指向性激发函数与辐射器的位置及指向特性有关。文中还分别计算了具有垂直对称性、反对称性、单边指向性以及尖锐指向性的辐射器的简正波声场。对于均匀水层中的垂直线阵,若源的分布函数正比于某一简正波的本征函数,则指向性激发函数的零点正好对应于其他简正波的本征射线的方向。 关键词：     

最佳不等距阵的综合方法

本文研究了利用阵元不等间距抑制旁瓣的问题,提出了一种设计最佳不等距阵的方法,这里最佳的含义是,用这种方法可以把旁瓣抑制到最低限度。对于实际中所需要的其他各种指向性函数,用这种方法也能获得满意的结果。本文对不等距线阵做了数字计算,比较详细地讨论了不等距阵的性质。     

指向性综合的逐步逼近方法(Ⅰ)——极值条件下的逐步逼近法

作者曾提出逐步逼近法以解决指向性综合问题。本文进一步完善和发展了逐步逼近法,对其中的一些结论给予理论上的证明;进一步阐明该方法的物理意义和它的最佳性;对综合函数和期望函数之间的拟合方式和拟合条件进行了详细的讨论。讨论了指向性函数的一些基本性质。