重力式码头沉箱接缝检测方法研究与改进

针对重力式码头沉箱安装接缝难以检测的问题,分别采用水下机器人、多波束扫测、三维声呐扫描技术进行检测。检测数据表明:水下机器人对沉箱接缝的检测效果直观、准确度较高;多波束测深系统对沉箱接缝具有一定的识别能力,但对于缝宽较小及距离较远的接缝分辨率较差;三维声呐探测扫测精度高,但扫测范围小且效率低。从测试原理上分析各种方法测试优缺点产生的原因并根据检测需求自主设计了三维声呐测量支架,实现对沉箱接缝任意深度量测,并结合工程实例取得良好的测试效果,为沉箱接缝检测方法的选取提供借鉴。     

声呐员回声训练环境仿真技术研究

近年来,随着水下目标声特性测试技术及测试需求的提高,测得了大量的宝贵数据。如何建立完善的水下目标声特性数据库并充分利用这些数据,使之服务于水下战场成为当务之急。声呐员是舰船、潜艇上的＂千里眼＂、＂顺风耳＂,对海军作战具有很重要的作用。基于水下目标声散射特性数据库的声呐员训练环境仿真是以方便声呐员基地训练为目的,把水下目标声散射特性数据充分应用于声呐员的回声训练。仿真结果能够很好地模拟真实数据,为声呐员在基地训练提供服务。本文介绍了数据库设计以及基于此数据库的声呐员训练环境仿真。     

一种新型多普勒测速声呐接收机

针对小型化多普勒测速声呐接收机的要求,设计并实现一种基于集成模拟前端(AFE)的多普勒测速声呐接收机。本文从工程实际需求出发,结合传统接收机电路设计方法,提出一种基于集成模拟前端的声呐接收机设计方案,并进行仿真和实物测试实验。实验数据表明,AFE接收机与传统接收机电路板相比面积减小71.3%,使用该系统解算出的频移值偏差较小,满足多普勒测速声呐系统要求。     

基于PXI总线的声呐接收机通用自动测试系统

本文基于PXI总线技术,NI虚拟仪器模块,搭建一种声呐接收机通用自动测试系统。给出了系统的硬件和软件设计方法、相关测试算法以及系统的实现方法。该自动测试系统能够客观、准确、快捷地对声呐接收机进行检测和故障定位,解决了声纳设备研制过程中缺少接收机通用测试设备的问题,提高了接收机的测试效率,避免了测试系统的重复开发,具有广阔的应用价值。     

一种舰船低频电磁干扰的整改方法与试验研究

为解决声呐系统的低频电磁干扰故障,基于电磁干扰三要素中的辐射耦合路径,提出了一种采用坡莫合金与波纹管相结合的电磁屏蔽整改方法。首先分析了电磁干扰的形成机制以及舰船平台上的常见类型,采用对比试验与电磁环境测试,掌握了此次电磁干扰的耦合路径;通过电磁屏蔽试验以及试验改进,验证了整改方法的可行性。在舰船上实施改进的整改方法,测试结果证明了该方法的有效性,解决了声呐系统的低频电磁干扰故障。     

声呐腔流激噪声场空间互功率谱及相干性研究

随着声呐基阵孔径的增大及探测频率的不断降低，声呐自噪声场特性研究需要由自功率谱空间分布特性扩展到空间互功率谱及相干特性。针对矩形腔和弹性矩形板透声窗组合的声呐腔结构，考虑弹性平板与内外声场的耦合作用，采用模态法建立了矩形板受湍流边界层脉动压力激励的腔内水动力噪声场空间互功率谱及空间相干性计算模型，计算分析了在不同频率和不同噪声场空间场点位置情况下的声呐腔水动力噪声场空间互功率谱和相干性特征，计算结果与实船声呐舱水动力噪声测试结果一致。     

混响场中矢量传感器抑制干扰能力分析

随着声呐工作频率向着低频方向发展,抑制混响已经成为提高主动声呐系统工作能力以及提高水中目标强度测试精度的重要方面.根据混响的时空相关特性通常采用钟形脉冲和线性调频信号可较常规的CW信号取得较好的抗混响效果.近年来对矢量传感器在各向同性噪声场中的抑制干扰能力已经进行了深入广泛的研究,包括提高信噪比性能、定向性能以及多目标分辨等,为水中目标噪声测试、特征分析等工程实际中应用矢量传感器奠定了基础.但尚未对主动声呐系统和水中目标低频强度测试中利用矢量传感器的抑制混响能力开展系统研究.以混响场的各向同性为基础推导了单矢量传感器抑制混响的能力,并结合湖上试验数据分析探讨了矢量传感器不同声能流组合形式抑制混响干扰的能力分析,为矢量传感器在主动声呐系统中的工程应用提供了理论依据.     

集成统计能量法计算声呐自噪声水动力噪声分量

针对舰船艏部非规则形状声呐罩的自噪声预报,借鉴集成模态法思路[1,2],采用虚拟弹性膜技术,建立集成统计能量法(Integro-SEA),并以矩形腔声呐罩为例验证计算精度.在此基础上,采用集成统计能量法计算舰船艏部声呐自噪声的水动力噪声分量,并修正计算艏部边界层转捩区湍流猝发声源对声呐自噪声的作用.研究表明:用经典SEA和集成SEA方法计算矩形腔声呐罩自噪声,偏差小于1dB,集成SEA方法加边界层转捩区声源修正,计算的舰船艏部声呐自噪声与实艇测试结果比较,在200Hz～6kHz的中频范围内相差2～3dB.     

船舶艏部声呐罩水动力噪声评估

文章针对非规则形状的艏部声呐罩,基于统计能量理论,建立了艏部声呐罩自噪声的理论模型,并分析了非透声窗吸声系数和过渡区声源对声呐罩噪声的影响。经对过渡区声源高频噪声影响的计算修正,大大提高了计算精度。试验验证表明,过渡区附近腔体自噪声计算结果与测试值相差小于5 dB,较好地反映了腔内自噪声分布规律。     

空投声呐浮标空中运动轨迹研究

声呐浮标是航空反潜最有效的手段之一,为了充分认识声呐浮标高空投放条件,高效率地布放声呐浮标,开展声呐浮标空中运动轨迹研究。描述了声呐浮标空投过程,对模型进行简化假设,建立坐标系;利用飞行力学的相关知识详细地分析声呐浮标自由飞行、开伞变速、稳定下落等3个运动阶段,建立运动方程;举例进行数值仿真,绘制俯仰角、弹道角、速度、运动轨迹等参数的变化曲线;声呐浮标会在一定的时间内实现稳定下落,最大水平位移不变,落水区域可控,竖直位移随时间匀速增加。可以在本文研究基础上进一步开展工作,增加更多随机条件,生成声呐浮标的空投射表。     

拖曳声呐拖缆振动自噪声的建模

拖曳声呐线列阵在甚低频区的自噪声性能主要由拖缆振动噪声决定，对噪声源正确建模非常重要。数学模型旨在考察在拖曳声呐线列阵头部施加一个已知位移所造成的影响。结合能量沿声呐线列阵的衰减、接合部位的散射等情况，可计算出由给定位移在各水听器上产生的声压。利用从线列阵头部的加速计数据，就可按照规定的比例计算声压值，给出所预测声压大小，从而得到预测的自噪声级。该模型可用来测试和优化声呐线列阵的配置设计。     

计及空腔能量耗散的尖劈结构声学特性研究

以喇叭型空腔为例分析了声波在尖劈空腔中的传播规律,给出了计及空腔能量耗散作用的尖劈结构吸声系数计算方法,通过声管测试验证了本文算法的有效性。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区振动及自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明:空腔对较低频段声波能量吸收有很大作用,在3 kHz以下频段计算空腔尖劈吸声性能时必须予以考虑;敷设空腔尖劈的声呐平台区的振动及自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

敷设空腔尖劈的声呐平台声学特性研究

基于变截面波导理论建立吸声系数方程,讨论了不同静压下尖劈吸声性能,开展了空腔尖劈声管测试,并将计算值与实验值进行对比分析。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区的自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明：随着静水压力的增大,尖劈吸声系数第一谐振峰向高频移动;高静压下,尖劈吸声系数下降较快。敷设空腔尖劈的声呐平台区的自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要考虑全频段平台区的自噪声总声级,又要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

浅海混响背景下吊放声呐主动方式探潜研究

浅海混响估算是研究吊放声呐主动方式搜潜作战使用的关键环节。首先分析声能声呐方程各项的定义,研究最大允许传播损失的计算方法;然后采用Bellhop模型计算吊放声呐与海底散射元之间的传播问题,依据Jackson模型推导海底反向散射强度的计算方法。结合海底散射面积的估算与吊放声呐主动工作满足小掠射角的特点,对负梯度和负跃层声速梯度下的浅海混响进行仿真和分析;结合信号余量的估算,研究2种典型声场条件下工作深度对浅海混响和吊放声呐探潜的影响,并提出相应的吊放声呐工作深度的选择方法。     

MIMO声呐目标检测性能分析

重点研究MIMO声呐的目标检测性能,为MIMO声呐布阵方式和工作模式等的选择提供理论依据。通过理论分析给出了MIMO声呐接收机工作特性(ROC)曲线的表达式,分别包括并列式和分布式MIMO声呐,同时给出了相控阵、SIMO和MISO等形式声呐的ROC表达式。通过示例比较了相同情况下并列式MIMO声呐、分布式MIMO声呐、相控阵声呐和常规多基地声呐的ROC曲线。结果表明,相同条件下相控阵声呐波束指向方向上的目标检测概率高于并列式MIMO声呐,做脉冲积累的并列式MIMO声呐可以得到与相控阵声呐相同的检测性能,低信噪比时并列式MIMO声呐和相控阵声呐的目标检测概率高于分布式MIMO声呐,高信噪比时分布式MIMO声呐可以得到较高的检测概率,采用多个发射阵元的分布式MIMO声呐性能优于使用一个发射阵元的常规多基地声呐。     

潜艇噪声水平对声呐探测性能影响分析

论述了潜艇噪声水平对敌方和我方被动声呐探测距离的影响,给出了声呐工作在1 kHz时,本艇辐射噪声降低导致敌方被动声呐作用距离降低变化关系曲线,及本艇自噪声降低对我方声呐被动探测作用距离提升之间的变化关系曲线.分析结果表明,降低本艇的辐射噪声,可以降低敌方声呐的探测距离,从而增强我方潜艇的隐蔽性;当声呐平台噪声大于海洋环境噪声时,降低本艇的自噪声可提高我方潜艇被动声呐的探测距离,从而提高我方潜艇的先敌发现能力.     

用于水下机器人的主动侧扫声呐图像预处理技术

分析了侧扫声呐接收机的噪声来源：自噪声和水体噪声,概括了它们影响声呐接收机的辐射路径;求出回波噪声的数字特征,在此基础上给出单扫描角度上声呐图像数据的递归最小二乘滤波算法,可提高水下机器人路径规划算法的实时l生。使用超小型远程操纵机器人（ROV）搭载SeaSprite声呐在船池中实验,对比给出预处理前后的声呐回波数据的还原图像,显示效果明显改善。     

声呐平台自噪声特性及降噪措施优化研究

基于统计能量法,建立声呐平台统计能量计算分析模型,讨论某舰船机械载荷与水动力载荷对于声呐平台自噪声特性的影响,得到主要噪声激励源及其分布,对声呐平台讨论采用三种不同形式的降噪措施,结果分析表明:机械载荷激励的位置不同,对声呐平台自噪声贡献量不同,离声呐换能舱室越近的机械载荷激励对声呐平台自噪声的贡献量越大;对比得到在声呐换能舱室加吸声尖劈并适当将材料损耗因子增大到0.002为声呐平台自噪声的最优降噪措施,在主传导路径上采取控制措施从而增大损耗因子得到的降噪效果最优。     

多波束声呐声学参数校准系统设计

依据水声计量测试原理与方法,设计了一套多波束声呐声学关键参数的计量校准系统。利用多维运行控制装置,在消声水池中对多波束声呐进行了声源级、工作频率、波束宽度、脉冲宽度等声学指标的校准。阐述了校准系统的主要组成、计量器具控制和校准方法。实现了在等效自由场、远场中对水下声呐换能器位置的精确控制、声信号采集与分析等功能。通过不确定度评定,给出了该校准系统工作频率、波束宽度测量结果的扩展不确定度。通过参考值与标称值比对,求得被检多波束声呐声源级误差小于0.7 dB,工作频率误差小于0.03%,脉宽误差小于2%,波束宽度误差小于10%。     

声呐平台噪声控制机理分析

文章针对舰艇声呐平台的噪声问题,研究了三大噪声源对声呐自噪声的影响。研究表明,声呐舱水动力噪声分量主要受肋骨结构影响,在设计中应避免肋骨的形函数与湍流脉动压力波数—频率谱耦合。舰艇自身的螺旋桨噪声和辐射噪声主要从后部和底部向声呐平台传递,在声呐壁面附近和声呐区域产生较高噪声,为提高声呐自噪声控制效果,应在非透声壁面采取隔声措施。舷侧声呐受艇体振动影响较大,应在声呐单元安装导轨的振动传递途径上采取阻尼控制措施,有效降低声呐单元的振动响应。