虚拟声源定位的等效源近场声全息算法

基于等效源的近场声全息算法不受声源形状限制,具有较强的环境适应性,考虑到声场重构的精度,提出一种基于虚拟声源定位的改进算法,分别在声源频率与重构距离变化情况下比较改进前后算法的重构精度与重构效果,利用仿真分析与实验验证,证明了基于等效源的近场声全息算法在水下运用的可靠性,以及基于虚拟声源定位进行声场重构时在声源分辨与声场还原的优势。在实验结果中,声源频率变化时,改进后算法的误差在低频时降低1.97～5.44 dB;重构距离变化时,改进后算法的误差降低1.97～3.99 dB。     

统计最优柱面近场声全息参数选取方法研究

针对柱面统计最优近场声全息声源定位技术实船应用问题,研究建立近场声全息实用化参数选取方法。根据扫描法测量全息面复声压获取方式及柱面统计最优近场声全息算法数学模型,通过理论计算,获取与分析影响声源定位精度的近场声全息测量系统参数和信息处理过程参数及其影响关系,确定测量系统参数与信息处理参数选取方法,建立柱面统计最优近场声全息实用化信息处理技术。通过数值仿真与模型试验,验证参数选取方法的有效性,为实船机械声源近场声全息定位提供实用化参数选取依据。     

船舶机舱内高频弱声源近场声全息方法

针对船舶机舱内机械噪声大,高压流体泄漏不易被察觉的问题,提出一种高频弱声源近场声全息方法。该方法运用经验模态分解法,经过计算使各阵元时域采样信号乘上权值,再利用结合压缩感知技术的平面等效源近场声全息方法重构近场平面声压分布。仿真实验表明,该方法性能可靠且具有较强的抗噪能力,可作为船舶机舱内低信噪比条件下的高频弱声源近场声全息方法的一种有效补充。     

使用相位共轭阵列进行声源定位的相关参数研究

基于相位共轭方法采用离散阵列对用于声源定位的相位共轭阵列参数进行了数值计算研究,研究了阵元间距、阵列面积、声源频率和阵列形式等对声场聚焦幅值和空间尺寸大小的影响.数值计算结果表明:采用平面阵列,为突破声波衍射极限,阵元间距应为△≤0.5λ,最优的阵元间距为0.15λ.在近场基于声压梯度测量使用偶极子源的相位共轭阵列,阵列边长满足a≥1.4λ即可,并且随着频率升高,相位共轭声场的幅值增大,得到的相位共轭分辨率降低.对于阵列形式,采用十字交叉阵列可用较少的阵元个数就可以突破衍射极限.如果阵列与声源为共形面,推导出相位共轭声场幅值与声源的辐射声功率成比例,文中还计算并验证了相位共轭声场幅值与辐射立体角的关系.     

基于NAH的水下航行体噪声源定位仿真研究

准确地对鱼、水雷等水下航行体式武器装备进行噪声源定位是减振降噪的前提。本文利用近场声全息技术对水下双声源和多声源目标进行仿真研究,对比研究目标声源的理论声压与重构声压的分布,准确对声源中心位置进行定位。取得了很好的重建效果,可见将近场声全息技术应用于水下噪声源定位是可行的,可为降低水下航行体式装备噪声特性提供技术支撑。     

基于Bartlett加权的水下近场多源精确定位

水下近场声源被动定位中,为了使用少量阵元获得更高的分辨率,阵元为稀疏布置(阵元间距大于半波长).对于单个声源,利用Capon法可以精确获得该声源的位置.但对于多个声源,Capon法的定位精度将会降低,对多散射点的显示结果造成影响.针对此,提出了利用常规波束形成法和Capon法获得初步定位的基础上,再通过Banlett加权在各声源处进行波束置零以减少其相互之间的干扰,再取Bartlett波束形成器的输出结果的倒数来显示多个声源所处的位置.通过数值仿真对本文所提出的方法进行了验证.     

声激励水下旋转壳体振动和声辐射的数值预报

本文将有限元加边界元——修正的模态分解法推广到对水下任意形旋转壳体在近场声源激励下振动和声辐射的数值预报问题。以长短轴比为2:1的水下椭球薄壳的声激励问题为例进行了具体计算,其中声源为置在椭球壳端部附近轴线上的单极子或偶极子型点声源。给出了椭球壳弹性振动的辐射声和总辐射声的指向性计算结果,并与把椭球壳作为刚性体的计算结果进行比较。结果表明:在总声场指向性的预报中,如果不考虑椭球壳弹性振动产生的辐射声将会导致大的误差,特别当激励源频率在壳体的谐振频率附近时,壳体辐射声对声场的贡献远远大于声源本身的贡献。     

基于矢量阵的近场小目标定位算法研究

针对水下近场预警问题,本文提出利用任意阵型的矢量水听器阵列对近场小目标声源定位。本文首先详细推导了平面矢量阵的近场测量模型,然后介绍了矢量阵常规波束形成和MVDR算法,最后通过仿真和实验进行验证算法的性能。结果表明矢量阵MVDR具有更高的目标分辨率,RMSE随SNR的增大误差不断减小,适合于水下近场区域预警防御。     

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。     

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。