基于声矢量传感器阵的相干源高分辨方位估计

声矢量传感器能同时共点获得声场中声压、振速信息及更多的信息量,具有很好的应用前景.研究了声矢量传感器阵方位估计的多重信号分类(MUSIC)算法,并在此基础上推导了基于空间前向平滑算法的声矢量传感器阵相干源方位估计的方法.采用该方法可以有效地对相干源进行方位估计,同时综合利用声压、振速信息可以实现信号源方位360°无模糊估计,计算机仿真表明该方法具有较好的方位估计性能.     

基于声压振速联合处理的矢量线阵时域解析MVDR方法研究

为进一步提高矢量传感器阵列的阵处理增益,充分利用声压和振速的相干性信息,提出基于声压振速联合处理的矢量阵时域解析MVDR波束形成方法,给出了(p+v_c)v_c组合的协方差矩阵的计算方法,推导了该方法波束输出的计算公式。该方法利用声压振速的联合处理信息,将矢量阵时域解析MVDR的高分辨能力与声矢量阵的抗噪能力结合起来,通过仿真数据和海试数据比较本文算法与常规波束形成方法性能,结果表明本文方法性能更优,利于低信噪比下目标的探测。     

深海矢量噪声场声传播特性研究

矢量声压振速联合处理是建立在信号的声压和质点振速相位基础上,海洋环境边界对声传播的影响将改变矢量声场声压和质点振速的幅度和相位特性。文章根据南海环境条件和水下目标辐射噪声测量采用矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声源和水下点声源矢量场的幅度和相位随深度的变化,并对矢量水听器测量系统获取的南海典型深度上的背景噪声数据进行了分析。结果表明:深海背景噪声声压谱级在500 Hz以下基本上不随深度变化,在500 Hz-3 kHz频段浅深度背景噪声声压谱级略高于较深深度的背景噪声声压谱级;背景噪声的垂直质点振速谱级要小于声压和水平质点振速谱级。     

基于矢量水听器的海洋环境噪声场空间相关

研究界面噪声场下矢量水听器声压与质点振速的相关特性。利用射线声学原理,给出了求解海洋环境场声压场与质点振速场空间相关特性的方法。通过简单的数值积分,可以方便地求解给定了海面、海底反射系数、介质声吸收系数的海洋环境下噪声场空间相关特性的问题,并给出了特定条件下的计算结果。     

基于矢量传感器的水下运动目标测向的研究

将基于二维压差式矢量传感器的声压振速联合处理技术应用于水下运动目标测向算法研究中,在小尺寸和低频条件下,实现了对水下运动目标的精确测向。研究了传感器尺寸、信噪比对算法性能的影响,并采用实测辐射噪声对算法性能进行了分析。仿真和实验结果表明,该测向方法具有基阵尺寸小、测向精度高的特点。该研究为水下运动目标的方位估计提供了一种有效的技术途径。     

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.     

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.     

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...     

基于空间域数据拟合的声矢量阵多目标分辨算法研究

为了提高矢量传感器阵列的方位估计性能,提出了一种基于空间域数据拟合的矢量阵多目标分辨算法,通过利用已知的空间域数据信息,构造出新的声压与振速的接收数据协方差矩阵,在多目标分辨能力上对经典MUSIC算法予以改进。理论分析和计算机仿真表明,在各向同性噪声场中,新算法在提高多目标分辨能力方面比传统方法更有效。     

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。     

宽带声矢量场的表征(英文)

Compared to a scalar pressure sensor, a vector sensor can provide a higher signal-to-noise ratio (SNR) signal and more detailed information on the sound field. Study on vector sensors and their applications have become a hot topic. Research on the representation of a vector field is highly relevant for extending the scope of vector sensor technology. This paper discusses the range-frequency distribution of the vector field due to a broadband acoustic source moving in a shallow-water waveguide as the self noise of a surface ship, and the vector extension of the waveguide impulse response measured over a limited frequency range using an active source of known waveform. From theory analysis and numerical simulation, the range-frequency representation of a vector field exhibits an interference structure qualitatively similar to that of the corresponding pressure field but, being quantitatively different, provides additional information on the waveguide, especially through the vertical component. For the range-frequency representation, physical quantities that can better exhibit the interference characteristics of the waveguide are the products of pressure and particle velocity and of the pressure and pressure gradient. An image processing method to effectively detect and isolate the individual striations from an interference structure was reviewed briefly. The representation of the vector impulse response was discussed according to two different measurement systems, also known as particle velocity and pressure gradient. The vector impulse response representation can not only provide additional information from pressure only but even more than that of the range-frequency representation.     

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.     

体积噪声场和界面噪声场中声矢量传感器线阵阵增益分析

Acoustic vector sensor consists of pressure and particle velocity sensors,which measure the three-dimensional acoustic particle velocity,as well as the pressure at one location at the same time.By preserving the amplitude and phase information of the pressure and particle velocity,they possess a number of advantages over traditional scalar sensors.Signal-to-noise ratio (SNR) gain (which is often called array gain) is one of such advantages and is always interested by all of us.But it is not unchangeable if the spatial correlation of the noise field varies.Much more important,it is difficult to be given if the noise becomes complex.In this paper,spatial correlation of the vector field of isotropic volume-noise and surface-generated noise has been introduced briefly.Based on the results,the combined SNR output of a vector linear array is investigated and the maximum gain is given in the specified noise.Computer simulation shows that the output of one array in the same noise is not the same in different gestures.And then we find the best gesture through SNR calculation and obtain the biggest gain,which has important meaning to guide how to deploy an array in practice.We also should use the array with respect to the characteristics of the real ambient noise,especially in anisotropic noise field.     

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。     

单矢量水听器多目标方位估计的算法研究

矢量水听器可有效抑制各向同性的背景噪声干扰,能同时共点地拾取声场的声压标量和振速矢量信息。这些信息的偶次阶矩组成了以各个目标的声强和方位为未知数的非线性方程组。为了求解该方程组,研究了具有全局最优化概率搜索的快速方法:遗传算法和小生境遗传算法,并对两者的性能进行比较。仿真试验的结果证明了算法的可行性,即基于小生境遗传算法能够实现单个矢量水听器进行多个非相干源目标的方位估计。为了提高弱目标的方位估计精度,又提出了二次小生境搜索方法。     

Fast direction of arrival algorithm based on vector-sensor arrays using wideband sources

An acoustic vector sensor （AVS） can capture more information than a conventional acoustic pressure sensor （APS）. As a result, more output channels are required when multiple AVS are formed into arrays, making processing the data stream computationally intense. This paper proposes a new algorithm based on the propagator method for wideband coherent sources that eliminates eigen-decomposition in order to reduce the computational burden. Data from simulations and lake trials showed that the new algorithm is valid： it resolves coherent sources, breaks left/right ambiguity, and allows inter element spacing to exceed a half-wavelength.     

单矢量传感器信号处理方位估计

研究基于压差式矢量传感器声压振速联合处理的方位估计算法,获取目标真实方位.采用频数直方图对信号的每个采样区间内的一定采样点数的瞬时方位估计值进行统计,统计出该采样区间内的方位值集中数目,方位值集中数目最多的方向则表明该方向声能流最大,即为目标方向.水池试验结果验证了频数直方图方法可以有效剔除目标估计中界面反射干扰信号引起的方位估值,获得目标真实方位.