一种新型同振式矢量水听器的结构设计与性能研究

本文通过分析压电加速度计的幅频特性,设计一种中心位置固定安装的悬挂系统,给出对应的新型同振式矢量水听器的设计方案,并对其性能进行仿真分析。结果表明,中心固定式矢量水听器结构紧凑、安装方便,适合水下小尺寸平台的安装使用,在工作频带内可准确测量声场中声压与质点振速信息。     

三维同振柱型矢量水听器的制作

作为水下信号探测的主要器件,水听器的好坏直接影响到探测器的接收性能.本文研究了一种三维矢量水听器,该水听器基于压阻加速度计设计,采用同振原理,可以测量水中声场的矢量信息.文中介绍了矢量水听器的结构以及表征参数,给出了三维同振柱型矢量水听器的设计过程,详细描述了该水听器的制作工艺,采用高频低衰减低渗水聚氨酯做为灌封的主要材料,该材料具有较高的透声系数.最后利用室内校准装置对研制的矢量水听器进行了测试,得出了该矢量水听器具有余弦"8"字指向性,并给出了三路信号的频响曲线.     

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.     

宽容自适应波束形成RCB在矢量阵上的应用

矢量水听器由声压水听器和振速水听器复合而成,可以共点同时测量声场中的声压与振速.RCB(RobustCapon Beamforming)是最近出现的一种宽容自适应波束形成算法,该算法直接对导向矢量进行估计,并用估计的导向矢量作波束形成,有效避免了导向矢量失配而导致的性能下降.通过推导秩亏情况下的RCB,将其应用到矢量阵,海上试验结果表明了该方法的有效性.     

柔性元件对同振式矢量水听器接收性能影响研究

建立了同振球型矢量水听器的物理模型,利用该模型研究了柔性元件对水听器工作频率、振速幅值和相移等性能参数的影响规律.结果表明:水听器尺寸一定时,柔性元件弹性系数越小,水听器下限工作频率越低,一般在零点几到几赫兹之间;柔性元件主要影响低频段振速幅值测量,且弹性系数越大,影响越大,而振速测量过程中由柔性元件引起的相移几乎为零,可忽略不计.     

相关噪声背景下声矢量阵目标方位估计

传统的矢量水听器数据处理方法将单个矢量水听器的输出用一复数向量来表示,没有充分利用矢量水听器各振速通道的正交特性,为此提出了用复四元数对矢量水听器的输出数据建模,将矢量水听器输出的三个振速分量用复四元数的三个虚部表示,保留了矢量水听器各阵元的正交性,对相关噪声有较好的抑制能力。针对声源的非平稳特性,将观测数据分成多个子段,计算每个子段的协方差矩阵并进行向量化处理,通过一正交映射,消除干扰噪声,最后对去除噪声的伪协方差矩阵做特征值分解,利用MUSIC算法原理建立目标的方位估计公式。算法降低了对声源信号平稳性要求,对相关噪声有较强的鲁棒性。     

压差式矢量水听器定向系统

由于基于声压水听器的定向系统在小体积和低频段时定向精度很低,不能满足深弹要求,因此研究了基于压差式矢量水听器的水下目标被动声定向系统。该系统采用声压和振速联合处理的方法获得目标的方向,由压差式矢量水听器和DSP软硬件系统组成。在实验室,用模拟的信号和软硬件系统进行了试验研究,证明压差式矢量水听器在低频段和小尺寸条件下具有可靠的定向性能和2°的方位角定向精度。     

声源近距离矢量相位特性研究

声源近距离的声压、振速和声能流是极其复杂的,对其进行理论及实验研究是矢量水听器应用于复杂声场的基础.首先对相干平面波叠加声场、同相点源干涉声场和驻波场的声能流进行了分析,得到了对声源近距离声场矢量特性物理规律的描述;其次推导和分析了干涉声场的有功声强旋度和无功声强散度与介质运动轨迹、声压振速相位差及能量转化规律之间的关...     

矢量水听器在有限空间内的测试条件分析与试验研究

矢量水听器的校准工作是矢量水听器研制和工程应用中的重要环节。目前,常规校准矢量水听器的方法存在明显劣势,这对于研制性能更优越的矢量水听器是不利的。文章参考室内声学理论,对密闭小型水槽内的声压分布状况进行仿真分析,包括水槽本身引起的声模态、水槽尺寸和壳体厚度等对声场分布均匀性的影响,最终通过试验验证了仿真结果的准确性和小型水槽内矢量水听器测试条件的可行范围,分析结果为寻找更好的矢量水听器校准方法提供了新思路。     

水听器混合阵列MUSIC方位估计研究

实际应用中,矢量水听器阵列是声压水听器阵列通道数的三倍（二维矢量水听器阵列）或四倍（三维矢量水听器阵列）,其相应的数据量、信号处理复杂度及成本亦明显增加。在阵列中混合配置声压水听器与矢量水听器,是一种解决该问题的有效途径。利用多重信号分类法（MUSIC）,对五种配置的水听器混合阵列进行研究,分析在不同信噪比、目标相对运动时对方位估计的影响。仿真表明,在有相同数目矢量水听器时,水听器混合阵列间隔配置比集中配置要好;在目标方位未知的情况下,在中间配置一个矢量水听器比在一端配置要合理。     

单只矢量水听器对多目标方位估计的仿真研究

文章结合了矢量水听器的自身特点,利用单只矢量水听器分别研究了声强法和ESPRIT算法对目标方位进行估计,在无需知道信号先验信息的条件下,可以实现对多个不相关信号的方位角估计。利用已知的条件进行模拟仿真,在不同的信噪比,样本长度的条件下来对比声强法与ESPRIT算法之间了优劣性。     

引入导航信息与雷达互测机制的目标指令误差估计方法

中段接力制导作战是协同作战的一种具体协同模式。提出基于平台间雷达互测机制与导航信息的目标指令参数误差估计模型。根据平台间的雷达互测机制得到的平台量测和两平台惯导设备输出的自身定位信息,在发射平台的传感器局部坐标系中表示出目标和平台的位置坐标,实现多传感器数据位置对准,并对各平台的设备偏差进行估计和补偿,消除系统误差的影响,提高了各平台的传感器测量数据精度。     

一种基于小孔径基阵的高精度水下目标被动定位方法

研究小孔径基阵条件下的高精度水下目标被动定位是一个具有实用价值的问题。提出一种基于矢量水听器和小孔径标量圆形阵的高精度水下目标被动定位方法。将矢量水听器置于标量圆形阵的圆心处,综合利用标量阵常规波束形成的稳健性和矢量水听器的测向原理,可大幅提高目标的测向精度。并利用多个基阵进行空间方位交汇可对目标进行测距。当存在多个目标时,通过基阵两两组合进行“举手表决”剔除伪解的方法,还可分辨多个目标。仿真结果表明,在4个基阵围成的边长5 km的正方形探测区域内,3个目标测向精度均在1°以内,相对测距误差低于5%,验证了该方法的有效性。     

HMR3000数字罗经在矢量传感器被动测向浮标中的应用

在矢量传感器被动测向浮标设计中,将HMR3000数字罗经与矢量水听器同轴封装,采用MSP430F149单片机作为下位机实现与数字罗经的串口通信,将数字罗经航向数据和矢量传感器方位估计数据交联处理,成功地解决了系统测向误差修正问题。矢量传感器测得的目标方位经过误差修正后,系统测向精度得到提高。     

低速物体入水溅落声特性研究

在水池中利用声压水听器和矢量水听器对实验模型低速入水产生的溅落声进行了一系列测量实验,对低速物体溅落声信号的波形特征、声源强度随入水角的变化规律以及频谱特性进行了初步分析,并给出了一些实验结果.     

钹式水听器的改进和测试

钹式水听器体积小，灵敏度高，但其接收性能不够稳定，接收频带较窄．为了克服这些弱点，对其结构进行改进．运用双片陶瓷并联代替单片陶瓷，并缩小陶瓷半径．再通过有限元仿真实验和水池实验，对改进前后的钹式水听器进行测试，结果表明，改进后的钹式水听器接收性能更加稳定，接收频带也明显增加，同时其灵敏度依然较高．     

矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成

介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵MVDR算法高分辨定位优势,从而实现了水下噪声源近场高分辨定位,且可以有效抑制近场定位中的左右弦模糊,通过计算机仿真验证了算法的有效性,具有一定的工程应用价值。