声呐目标回声特性预报的板块元方法

将计算雷达散射截面的板块元方法引入到声呐目标强度计算中.在应用Kirchhoff近似计算水中目标散射声场时,用一组平面板块元近似复杂形状目标曲面,所有板块元的散射声场的和就是总散射声场的近似值.通过将单个板块元的积分化为代数和避免了面积分运算,使得板块元法比通常的面元积分法计算速度提高许多倍.针对声呐的情况将此方法推广到目标近场和非刚性表面回声特性预报.用这种方法解决了多种声呐目标的回声计算并开发了专用软件,能够快速计算各种形状声呐目标的目标强度.     

基于声辐射模态理论的声场分离技术

为了消除复杂声场中干扰噪声对于近场声全息重建精度的影响,该文提出了一种基于单层阵列测量的声场分离技术.当目标声源和干扰噪声源为相干声源时,利用源强密度声辐射模态分析理论建立了声源与辐射声场的数学关系模型,通过对单层阵列测量的声压数据进行空间重采样得到两组子数据,构造各组子数据与目标声源和干扰噪声源的声辐射模态之间的数学公式,再求解公式中目标声源的各阶声辐射模态的展开系数,可重构目标声源在阵列处的声场响应,达到声场分离的目的.刚性脉动球声源与刚性脉动球干扰源、平板声源与刚性脉动球干扰源的数值仿真及对影响该方法的相关参数进行了详细研究,相关结果表明该方法具有较好的有效性和正确性.     

一种基于单阵元阶梯变深的目标被动定位方法

传统的匹配场被动定位方法往往采用垂直阵列对声场进行采样,这限制了匹配场被动定位技术的应用。该文提出一种基于单阵元阶梯变深的目标被动定位方法,为水声目标被动定位提出一种全新的思路。在稳定噪声信号的条件之下,从测量场估计方面入手,以单阵元放置于不同深度等效为一垂直阵列,从而获得不同深度目标的非时间同步声场数据,通过补偿数据的相位,进而对测量场进行估计,然后利用等效垂直阵列的测量场结合匹配场原理,给出目标的位置。仿真以及实测数据均表明,通过单阵元阶梯变深的方式可以实现目标的正确定位。     

考虑边界声阻抗的声场分离算法

在非自由声场环境下近场声全息技术的应用需要配合声场分离算法,而现有的处理反射声场的分离算法大部分研究的是理想化的边界条件,对于阻抗反射边界的研究较少.为弥补这一不足,提出一种考虑反射边界声阻抗的声场分离算法.该算法先利用系列球面谐波基函数的叠加来描述目标声源的直达声场,再结合镜像法并考虑反射边界声阻抗来描述镜像声源的反...     

基于矩阵特征分解的水下声源匹配场定位

水下声源定位问题是水声信号处理领域的重点和难点,基于计算声场和接收声场相关性辨识目标距离、深度的匹配场定位方法具有广泛应用。针对Bartlett处理器宽容性好但分辨率低、最小方差处理器分辨率高但对失配敏感的问题,将空间谱估计中基于矩阵空间特征分解的目标定向算法引入匹配场定位。对水下单声源定位、双声源定位、环境失配处理等条件,对比3种定位算法的性能。仿真数据表明,与Bartlett处理器相比,基于矩阵空间特征分解的定位方法具有更高的目标定位准确度。与最小方差处理器相比,该方法在双声源定位时能够分辨相近声源,尤其对深度辨识更准确。实验数据表明,基于矩阵空间特征分解的处理器能够实现表面强干扰条件下的水下弱目标定位。     

浅海声传播对声学测试影响的初步分析

海面与海底构成了声源浅海海域波导场的声传播环境。本文采用解析算法将球面波分解为平面波,推导给出介质层中的声场空间分布特征,给出了低频声波声源定深而接收点在一定深度附近变化的声场变化计算结果,并初步分析了浅海海域中由于海面起伏使接收水听器深度变化对声场强度的影响,对实艇声学测试具有较强的针对性和一定的工程实用性。     

基于最小化振速重构误差的等效源分布优化方法研究

针对波叠加法计算声场存在的预报精度受等效源分布位置及计算频率影响的问题,研究了使用预报的声压逆向求解结构边界法向振速时存在振速重构误差的问题,推导了声压预报误差与振速重构误差之间的解析关系,研究发现减小振速重构误差能够降低声场预报误差.为提高波叠加法的声场计算精度,提出了一种基于最小化振速重构误差优化确定等效源位置分布的方法,并设计了一种频率阈值准则来确定一定数量等效源所适用的计算频率范围.通过数值仿真和试验对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效降低声场预报误差,可用于实际声场计算.     

水平线列阵的最佳工作深度选择

水平线列阵是水声信号接收、探测的常见阵列类型,在目标探测,方位估计等方面有着大量的实际应用.海洋声学环境对水平线列阵有着直接而且重要的影响.通过建立简正波声场模型,对水平线列阵在不同深度下的阵信号处理进行计算,可以得到水平线列阵最佳工作条件,这对于提高拖曳线列阵声纳的探测能力有着重要而现实的意义.     

波叠加法解的非唯一性问题改进及声源位置优化研究

本文提出一种有效满足声场整体计算精度需求且能保证声场唯一解的改进方法.该方法在单极子波叠加法的基础上,以分析波数范围内重构前后体积速度相对误差为目标函数,以同形缩小系数为优化变量对声源所在曲面位置进行优化选取,再通过辐射体内部添加适量额外的单极子源可有效保证声场的唯一解.两个数值算例表明:对于脉动球源,球心处添加一个单极子源的改进波叠加法可以有效避免解的非唯一性问题,且具有非常高的计算效率及精度;对于复杂几何体,以体积速度相对误差为目标函数优化得到的单极子源位置,添加附加源后可求得声场的唯一解,且满足整体计算精度要求.     

三维压差式矢量水听器定向性能分析

由于压差式矢量水听器是通过声压梯度来近似测量质点的振速,因此声场计算误差必将影响其定向精度.从理论上对三维压差式矢量水听器定向性能进行了分析,推导了由声场计算误差引入的目标俯仰角和方位角误差公式.此外,利用平均声强流定向算法,通过仿真详细分析了矢量水听器各阵元幅度和相位不一致、阵元间距、积分时间和信噪比等因素对目标定向精度的影响.仿真结果对三维压差式矢量水听器的制作及实际工程应用均有指导意义.