板结构中声学黑洞参数优化及其阵列的能量汇集效应分析

声学黑洞结构是一种可实现板内弯曲波操控和振动能量汇聚的新结构,在振动和噪声控制领域具有应用 前景,因此对内嵌于板结构的二维声学黑洞及其阵列的动力学特性和设计方法进行研究十分必要。首先给出描述声 学黑洞汇集效果的定量参数,然后通过正交试验得出内嵌于板结构的单二维声学黑洞几何参数在一定范围内的最优 值;最后,基于这些参数设计声学黑洞并组成包含两声学黑洞的阵列,在频域内研究板结构具有不同排布方式声学黑 洞阵列时的能量汇集效应。结果表明,在一定频带范围内两个声学黑洞组成的阵列的能量汇聚效应比单声学黑洞更 为明显,且横向排列的声学黑洞阵列结构具有更好的能量汇聚效果。对于声学黑洞阵列和阻尼减振的设计具有一定 参考价值。     

声矢量场的抛物方程计算方法

采用抛物方程方法对声场声压进行计算,通过尤拉公式给出抛物方程方法对声矢量场参数求解表达式,并利用差分方法对声场质点振速值进行数值计算.该文介绍了三维抛物方程理论与FOR3D程序算法;对PEKERIS问题、单层海洋环境及ASA基准楔彤模型环境下的声矢量场进行仿真验证.结果表明,利用抛物方程方法可以快速简便地求解复杂海洋环境下的声场,并且可以用于计算声矢量场参数.     

体积噪声矢量场空间相关特性研究的一种方法

确定噪声场的相干结构对分析矢量水听器阵信噪比增益非常重要.建立了一个三维的噪声源在球面上均匀分布的各向同性噪声模型,研究了噪声场中声压与质点振速3个正交分量的自相关和互相关特性,推导得到了窄带噪声场空间相关系数的解析表达式以及单矢量水听器接收噪声的协方差矩阵.基于三维噪声场的空间相关函数,讨论了矢量水听器线阵的某些应用及其输出信噪比增益.数值算例表明,该三维噪声场空间相关特性模型可方便地应用于任意形状的基阵在任意姿态下的信噪比输出的获取.     

一种非分层海洋中的声线计算方法

在浅海环境中,声速剖面和海底深度在水平方向上的变化都会对声传播产生较大的影响。将声速剖面用前几阶经验正交函数来表示,在一定范围的海域各阶经验正交函数系数可以近似为随水平距离线性变化,提出了一种非分层海洋中的声线计算方法,可以计算到达接收水听器的本征声线和传播时间。该方法计算速度快,计算精度较高,可以用于海洋中的声速剖面快速反演。     

液态半无限海底下典型波导的Warping变换修正

针对Warping变换在非理想波导中的变换效果受海洋环境影响的问题,在传统的Warping变换的基础上,对非理想波导下的Warping变换公式进行修正,使修正后的Warping变换更适用于非理想波导下宽带脉冲声压信号的简正波分离和提取。本文给出了基于海底相移参数P的适用于具有均匀半无限海底的非理想波导的Warping变换修正公式。修正因子只与海底相移参数、海深、海水中平均声速等海洋环境参数有关,与其他海底参数无关,减少了Warping变换的修正难度。与已有的Warping变换修正公式相比,本文提出的对Warping变换的修正方法,所需的环境参数少,在实际应用中计算简单、应用方便,更具有实际应用意义。数值仿真和海上实验数据处理结果证明了该方法的有效性。     

匹配场目标定位的并行遗传算法实现

针对匹配场声源定位算法中存在的固有并行性,构建了匹配场声源定位的并行计算算法框架,并引入并行遗传算法作为匹配场处理的寻优工具.根据匹配场处理的实际特性,对并行遗传算法的操作算子及评估标准进行了合理设计,使其快速收敛.以网络互联的双核PC机作为并行计算硬件平台,在Windows XP操作系统和MPI并行环境中对匹配场定位的并行算法进行了测试和分析.研究表明:采用并行遗传算法实现匹配场声源定位方法优于传统网格法,可有效节省算法运行时间,快速实现声源定位.     

基于数字水听器的分布式水下声场测量系统

设计了一种自容式数字水听器分布式水声测量系统。海洋声学测量系统由多个数字水听器连接构成,各个数字水听器通过电缆逐个相连,可以调整阵元的间隔和阵元个数。数字水听器可对采集获得的数据进行自容式存储或实时上传,优化设计了可高速串行数据传输的RS-485总线,采用8B/10B链路编码,利用串行信号的上升/下降的时钟边沿作为高速时钟采样的起始标志,实现了数据帧的提取,可实现串行编码数据沿双绞线以15MB/s远距离传输,并在总线上参考IEEE1588授时协议给出了一种基元同步方案,同步最大误差为0.5μs。最终通过海上试验证明:采集效果良好,系统工作可靠、整体功耗低,各个阵元同步准确,可以广泛应用于水下阵元测量领域。     

矢量最优化稳健波束形成性能分析

针对标准的Capon波束形成在阵列导向矢量存在误差时出现严重性能退化,本文从权矢量模约束和不确定集两个角度出发,提出矢量最优化稳健波束形成方法,并通过二阶锥规划进行有效求解.文中还进一步给出自适应权矢量的近似解析表达式,揭示了影响最优权矢量的各主要因素.通过理论分析和计算机仿真研究,详细讨论了约束参数、信噪比、快拍数以及方位估计偏差对输出信干噪比及空间谱估计的影响.外场实验数据处理结果表明,将本文方法应用于实际工程进行空间谱估计,能够得到准确而稳健的高分辨方位估计结果.     

倾斜弹性分层海底声场分布仿真研究

利用弹性抛物方程理论中的单向散射近似法处理倾斜弹性体-弹性体的边界条件,建立了不同地形条件下具有弹性分层海底的海洋环境中声场计算的新方法;经仿真分析等深度均匀海水层覆盖下具有倾斜弹性体-弹性体边界的弹性分层海洋环境中低频声场的空间分布结构,表明当弹性沉积层中纵波波速不大于1.5倍水中声速时,声压传播损失完全由海水介质参数和海底底质决定,与沉积层下界面地形关系不大,且弹性界面处有明显的界面波(Stoneley波)存在,即弹性体-弹性体界面的地形变化,基本不影响海水中的声场分布。与能量守恒方法相比较,仿真验证了文中计算方法的准确性。