水声换能器基阵互辐射阻抗研究

在水声应用领域中,通常是若干个换能器组成一个基阵进行工作。当换能器基阵工作时,基阵中单个换能器的总辐射阻抗是它自身辐射场的作用以及基阵中其它换能器辐射场作用的总和,这就引入了互辐射阻抗的问题。在水声对抗中,当换能器基阵在大功率状态下工作时,基阵的互辐射阻抗影响尤其需要进行研究分析。结合理论推导得出的规律,介绍了一种研究互辐射阻抗的测量分析方法,分析了一种换能器基阵的互辐射阻抗影响,并最终得到一般性结论。     

任意结构基阵波束优化的稳健性分析

分析了任意结构基阵波束优化的稳健性。首先从理论上推导了阵列误差、权向量误差和权向量范数等因素与波束旁瓣畸变之间的关系,并利用优化波束的白噪声增益和权向量范数之间的关系,提出了任意结构基阵波束优化时权向量范数约束上限的选取方法。针对圆阵进行了大量的计算机仿真,分析了不同权向量范数约束条件下获得的优化波束的稳健性,证明了理论推导的正确性。     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

轮形阵列波束形成的优化设计

基于波束形成方法的噪声源识别中,阵列性能影响着声源识别的效果。针对轮形阵列,采用正交试验的方法,对阵列的几何参数进行优化设计。通过逐步缩小参数最优值的取值范围,使在传声器数目和阵列尺寸一定的情况下,阵列的声源识别效果得到改进。经优化,轮形阵列的最大旁瓣水平曲线在很宽的频率带上保持在16 dB以下,比普通轮形阵列的最大旁瓣水平降低了3 dB以上。验证了正交试验方法在阵列优化设计的可行性,为波束形成装置的开发提供了理论依据。     

基于软件声纳概念的波束稳定

声纳载体航向和姿态的变化,会使声纳出现很异常的局外数据,从而使诸如多普勒计程仪、多普勒分层流速测量仪、三维前视声纳、地形匹配导航声纳、单/多波束测深仪以及多波束鱼探仪等声纳的性能下降。如果三维声纳采用软件声纳的结构,就可以方便地实现动态波束稳定,从而使声纳的测量精度得到提高。对软件声纳、波束稳定的原理与实现途径作了分析。分析表明:若能实时地得到声纳载体的航向角、纵倾角和横摇角,并且能动态地改变波束的方向,就可以随时随刻地稳定声纳的波束。     

基于伪随机序列的多波束水声探测系统的信道估计技术

多波束水声探测系统不同方向回波信号的同时检测,可以理解为通信中的信道估计问题。在水下多径传播环境中,多径信道的时延参数和幅度衰减参数的估计是多波束探测系统实现目标探测、定位和识别的基础,而抑制来自其它波束的多址干扰(MAI)是信道估计算法的重要目标。将直接序列码分多址(Direct Sequence Code-Division Multiple Access,简称DS-CDMA)通信系统模型应用于水声多波束探测系统。建立了基于伪随机序列的水下多波束探测系统的信号模型,研究了基于子空间方法的超分辨率信道估计算法。并给出了数值仿真实现,分析了信噪比、多址干扰及发射波束数等对信道估计算法性能的影响。仿真结果表明,该算法具有抑制多址干扰的性能,信道参数的估计方差逼近Cramer-Rao下界。这种信道估计技术尤其适合应用于多波束参量阵探测系统。     

麦克风基阵结构的噪声源识别性能研究

为更好地应用麦克风阵列识别噪声源位置,本文针对多种不同基阵结构的噪声源识别性能展开研究.基于"延时-累加"波束形成原理建立了平面任意麦克风基阵结构的数学计算模型,并给出了麦克风基阵声源定位的通用计算方程组;分别推导分析了二元、三元及四元基阵的定位算法公式,并对三元基阵给出了其矩阵解.分析比较不同类型的麦克风基阵结构对噪声源的识别性能影响.通过建立由不同形式基阵构成的同等规模小型麦克风阵列,进行噪声源识别对比测试,最终的测试结果验证了本文所提出模型及算法的可靠性,并得出由正三元基阵构成的麦克风阵列结构具有较好的噪声源识别性能的结论.     

基于辐射阻分析的水声换能器基阵优化设计

针对互辐射阻对基阵的辐射功率的影响,计算了圆面活塞水声换能器及其基阵的辐射阻抗;分析了二元阵的互辐射阻特性,当阵元半径小于λ/2时,阵元间互辐射影响较强且呈现一定的规律性,当阵元半径大于λ/2时,阵元间互辐阻影响非常小,因此试图通过改善互辐射阻来提高辐射功率,阵元的半径应小于λ/2;在分析了二元阵、均匀线列阵和N×N均匀平面阵的互辐射阻特性基础上,对阵元半径小于λ/2的基阵布阵方式进行了优化设计,使其能获得较大的辐射功率。研究结果表明：阵元半径小于0.22λ时,密排方式最佳;阵元半径0.22λ〈a〈λ/2时,阵元间距为5λ/4布阵方式最佳。     

基于软件无线电的智能天线波束形成算法

目前已经有许多经典的波束形成算法及其改进算法被广泛的应用。本文主要分析了MMSE和MV的原理并根据MMSE和MV的原理,编写出相应的Maflab仿真程序,对MMsE波束形成器和MV波束形成器,在具有不同特性的输入信号情况下进行软件编程模拟,在接收信号的各个分支具有不同时延的情况下进行模拟,最后对仿真模型加权后的输出结果和计算出来的信干噪比SINR进行分析,以获取上面两种波束形成器的工作特性,从而指在面对相应环境设计智能天线时选择适当的算法的波束形成器。     

水声通信与水声网络的发展与应用

水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一,其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征,使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求,面临极大的技术挑战。介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状,分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术,包括调制、解调技术和信号检测技术;介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。最后简要介绍美国Teledyne Benthos公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。     

一种换能器基阵的测量分析

水声换能器基阵的波束宽度及束控是声呐水下分机的重要性能要求,它又是影响声呐设备总体性能的重要指标;本文主要介绍一种仿制换能器基阵单元波束宽度及束控后波束宽度的测量。     

基于软件无线电的跳频水声调制解调系统

研究了软件无线电思想在水声通信中的应用,介绍了浅海水声信道条件下跳频水声通信系统的软件调制解调技术方案及其实现,在厦门港海域进行的海上图像通信实验证明了系统的有效性.     

基于波束域相干信号子空间法的宽带源小尺度基阵定向

在给定的小尺度平面四元阵的基础上,主要研究了波束域相关信号子空间算法(BeamSpaceCoherentSignal-subspaceMethod—BSCSM)在宽带源定向中的应用以及性能分析。用实测的直升机噪声仿真产生各个阵元上输出的宽带信号源,并且使得这组信号具有特定的波达方向(DirectionofArrival—DOA)。分别使用波束域相干信号子空间法(BSCSM)和阵元域的相干信号子空间法(CoherentSignal-subspaceMethod—CSM)与非相干信号子空间法(InCoherentSignal-subspaceMethod—ICSM),通过计算机仿真实验对其进行方位估计。在仿真实验中,可以直观地看出三种方法的性能优劣。根据计算机仿真结果,统计意义上的误差分析,以及对宽带平面波波达角度的角度分辨率等性能指标的分析比较,可以得出在小尺度基阵定向研究中,波束域方法能够获得比其他两种阵元域算法更好的性能。     

Tonpilz型水声换能器的优化设计

本文研究纵振式水声换能器的参数优化问题.通过对纵振式Tonpilz型压电换能器的几何参数的合理调整,使换能器获得较小的机械品质因素Qm,从而展宽其频带宽度.研究表明,在没有采用其它频带展宽方法的前提下,通过优化几何参数,可以降低Qm值.     

声学基阵波束性能仿真与分析

声学基阵的波束指向性函数具有统一的表达式,运用符号运算的方法,可得到任意阵型声学基阵的波束指向图.论文在仿真计算几类代表性阵型波束图的基础上,以柔性垂直阵为例进一步分析了工程实际中基阵的波束性能.在拉伸作用下和海流作用下基阵波束性能会发生变化,阵元间距与波长比可根据主旁瓣比及栅瓣控制要求进行限制,阵的配重可根据阵弯曲后波束性能的变化进行设计.     

填料改性聚氨酯弹性体的水声性能

用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚醚二醇(PPG)和3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等原料合成了聚氨酯弹性体,并用云母、空心玻璃微珠等填料进行改性,研究了填料种类、云母尺寸和空心玻璃微珠含量对该聚氨酯弹性体材料水声性能的影响。以聚氨酯弹性体材料的吸声系数和反射系数为目标函数,采用均匀设计和多元回归分析相结合的方法对混合填料掺杂改性聚氨酯弹性体材料体系进行了优化设计,制备了吸声性能优良的聚氨酯弹性体水声吸声材料。本文为聚氨酯弹性体水下吸声材料的研究提供了理论参考。     

基于小波包时频图特征和卷积神经网络的水声信号分类

水下声信号分类是水声学研究的一个重要方向.一个有效的特征提取和分类决策方法对水声信号分类技术至关重要.文章将鱼声、商船辐射噪声和风关噪声三类实测的水声信号在小波包分解的基础上提取时频图特征,并搭建了一个七层结构的卷积神经网络作为分类器.研究结果表明:三种水声信号的小波包时频图特征结合卷积神经网络在不同测试集可达到(98...     

基于Logistic映射的排列图软件水印方案分析

随着网络技术的升级和软件行业的飞速发展,盗版软件迅速在全球范围内蔓延开来,而正版软件的非法使用和盗版软件均严重制约了全球经济的发展和软件产业的深入发展。因此,加强软件保护技术的研发具有现实意义。自20世纪90年代末期以来,全球科学家均纷纷致力于混沌理论应用的研究,并基于此,提出了一种基于Logistic映射的排列软件水印方案。本文就该方案展开讨论。     

基于波束形成声像图纹理特征的机械故障诊断方法

基于振动信号处理的机械故障诊断存在接触式测量和单通道信号分析等局限性,而基于声学图像特征分析的故障诊断方法能有效克服此类局限.将声学成像和图像处理技术引入故障诊断,利用“延迟求和”波束形成算法分别得到机械设备在正常和故障状态下的声像图.首先对可视化声场进行初步诊断,然后考虑到不同状态下声场分布的细微变化反映在声像图丰富...