波束形成旁瓣效应的消除算法研究

波束形成技术可以通过非接触式的中远距离声压测量,得到机械设备噪声源位置分布及相对强度,但波束形成算法本身存在"旁瓣效应"引入的虚假声源干扰。因此,基于波叠加法提出对波束形成的改进算法,通过在波束形成定位出的噪声源位置处布置等效源,由声压匹配波叠加法和传声器阵列声压反算等效源强度,再由所得各等效源强度,根据波叠加法基本原理在重建面上进行声压重建,进而消除旁瓣效应。仿真与柴油机噪声源试验结果证明改进算法切实有效。     

混响背景下基于波束成形的声成像技术

为了探究如何在混响场中对目标声源进行精准定位,首先模拟混响环境,构建点声源和阵列测量面,分别利用常规波束成形算法、基于正交匹配追踪的反卷积波束成形算法以及基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法对不同频率下阵列接收到的信号进行处理,得到声成像效果图;其次在混响背景的条件下加入干扰噪声,分别利用以上3种算法对信号进行处理,通过对比分析声成像效果以及各算法的运行时间,确定基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法的定位效果最佳。     

圆阵及线圆组合阵声源定位方法仿真

为更好地应用阵列定位水下噪声源的位置,本文针对2种规则几何结构阵列的声源定位性能展开研究。建立圆阵(UCA)和线圆组合阵(UCA-ULA)的数学模型,基于music和最小范数(Mini-norm)波束形成原理,分别给出圆阵和线圆组合阵声源定位算法的解析表达式。通过计算机仿真,对比分析了2种典型阵列结构对声源的定位性能影响。仿真结果表明,在较低信噪比(10 dB)时,圆阵和Mini-norm算法组合性能最好,在多信号源时,线圆组合阵与Music算法组合效果更好。     

近场聚焦波束形成低频段精确定位方法

近场聚焦波束形成声图测量方法可以实现舰船高频信号的主要噪声源的精确定位,实验证明在正横位置时的定位精度可小于2 m。但对于低频、线谱等信号,近场聚焦波束形成声图测量方法由于受阵元间距、基阵孔径等多方面影响,无法实现精确定位。本文提出采用高精度频域MVDR聚焦波束形成声图测量方法,实现频率大于200 Hz舰船目标定位。经理论仿真与实际信号分析,该方法可以实现低频信号的高精度定位,定位精度明显优于常规波束形成(CBF)。     

基于矢量阵的鲁棒自适应舰船噪声检测算法研究

稳健Capon波束形成算法直接将自适应对角元加载因子的计算与导向矢量的误差联系起来,易于实际操作,避免了其他算法计算加载量时的随意性。文章针对长线阵声纳检测近距离快速移动目标时观测数据不充分的问题,提出了一种基于矢量阵的改进稳健Capon波束形成算法。算法对数据矩阵进行奇异值分解,避免了求取不满秩的协方差矩阵,且减少了运算量及存储量。该算法对导向向量失配不敏感,且能有效地对快速移动的目标进行方位估计。最后通过仿真结果和海试试验数据处理验证了算法的有效性。     

矢量阵被动合成孔径算法

随着减震降噪技术的发展,水下辐射噪声水平不断降低,使得采用常规波束形成技术进行声源定位难度加大。基于此原因,本文重点研究矢量阵被动合成孔径技术,该方法将合成孔径应用于矢量线列阵中,通过理论及仿真表明,该方法要优于常规声压阵列,它可以通过较少水听器阵元数目的阵列,得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列,具有更高的目标定位精度,而且可以获得长阵具有的阵增益和方位分辨力,降低工程实施难度,适合低噪声目标的辐射噪声测量,具有良好的工程应用价值。     

基于SOCP理论的子阵级干扰多波束形成方法

大型阵列天线包含成百上千个阵元,如果仍然采用基于阵元级的数字波束形成(DBF),则需要对每一个阵元进行加权处理,会导致系统复杂度很高。若将阵列中相邻的若干个阵元划分为单个子阵,然后对每个子阵进行数字波束形成,系统的复杂度将大大降低。同时针对现有方法难以形成多频点、多方向的同时干扰多波束形成等缺点,论文提出了一种基于二阶锥规划(SOCP)理论的子阵级数字多波束干扰形成方法,仿真结果表明该方法在子阵级可以较好地解决相应约束条件下同时多波束干扰优化设计问题。     

关于声源阵列2种排列方式的比较

相控声源是利用控制多个按一定规律排列声源的激励时间,使声源的声波在传播中形成相位差,从而实现声聚焦。为使相控声源阵列的聚焦性达到最优化,必须为相控声源阵列选取最佳的排列方式。利用Matlab软件对声源阵列的矩阵方正阵列和散射圆盘阵列2种排列方式的阵元数目、阵列面积和焦点声压3项参数进行计算和比较。计算表明,矩阵方正阵列阵元总数连续性好,焦点声压误差小,工程上实现容易,更符合实际需求。     

基于小型圆阵的AUV方向定位算法的研究

水下小型无人系统AUV在海洋探测中起着重要，实现其精准定位与打捞有利于促进海洋经济的发展。传统的具有较高定位精度的装置如长基线等不方便装载与布置，定位效率不高。本文提出一种基于小型圆阵的AUV方向定位算法，被定位的AUV搭载声源，装载在船上的定位系统，采用半径为0.125m的水听器圆阵列，阵元个数为4，水听器阵列接收的信号通过多通道前端处理电路被采集，对每个阵元接收到的信号利用希尔伯特变换相位检测方法检测出各信号的相位恢复无幅度和相位失真的信号，然后使用具有超指向性的反卷积波束形成算法实现AUV方向的准确估计。水池实验表明，小型圆阵系统的相位反卷积波束形成定位算法精度高，定位平均误差为0.233°，主瓣宽度窄，波束平均宽度3.97°。便于装载，相比MUSIC算法具有更好的定位效果。     

基于矢量阵的近场小目标定位算法研究

针对水下近场预警问题,本文提出利用任意阵型的矢量水听器阵列对近场小目标声源定位。本文首先详细推导了平面矢量阵的近场测量模型,然后介绍了矢量阵常规波束形成和MVDR算法,最后通过仿真和实验进行验证算法的性能。结果表明矢量阵MVDR具有更高的目标分辨率,RMSE随SNR的增大误差不断减小,适合于水下近场区域预警防御。