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.     

浅海近距离混响空间方向性试验

三分量压差式矢量水听器能够同时测量声场的声压p(t)和振速的2个正交分量vx(t),vy(t).为了研究混响的空间特性,以瞬时声能流和瞬时方位为基础,利用2个压差式矢量水听器同时对浅海近距离混响场的水平方向性和垂直方向性进行测试和分析.结果表明:声能流方法可以大致地描述混响场的方向性特性,能够揭示散射信号方位角或散射体的空间分布,同时还可以检测和判断目标的距离和方位,并且对海面和海底散射特性的研究以及主动声呐探测都具有重要意义.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。