一种矢量阵近场恒定束宽波束形成方法

矢量传感器可以同步共点地获取声场的标量和矢量信息,具有较好的指向性、紧凑的结构及抑制各向同性噪声干扰等优点,同时应用多个矢量传感器组成矢量阵可以获得更高的测量增益,为低信噪比条件下舰船辐射噪声量级的准确评价提供一种有效手段。本文建立矢量阵近场信号模型,给出基于单个矢量传感器输出量处理和基于阵列同类输出分量相乘处理的波束形成方法,并针对恒定束宽波束形成问题,提出一种基于Kaiser窗的近场恒定束宽波束形成方法,利用Kaiser窗的特点,通过设定窗函数的步长随指数变化,使设计波束响应逐渐趋于理想波束响应,提高了恒定束宽波束形成器的设计精度,最后通过仿真试验验证上述算法的性能。     

一种螺旋双锥体积阵宽带恒定束宽波束形成方法

本文提出一种螺旋双锥体积阵宽带恒定束宽波束形成方法。在远场条件下,依据信号源和阵元的位置信息,给出了螺旋双锥体积阵接收信号模型,将阵列响应向量表示成以Bessel函数为核函数的形式。确定参考频率,将宽带划分成多个子带,使得子带内各频率分量上的波束图与参考频率上的波束图一致。本文提出的宽带恒定束宽波束形成方法能有效地运用到螺旋双锥体积阵处理宽带信号中。采用螺旋双锥体积阵接收处理宽带信号,解决了垂直线阵、矢量水听器和平面阵的各种局限,更有利于实现宽频带信号处理。     

嵌套阵恒定束宽波束形成的实现

针对水下运动目标的噪声特点阐述了嵌套阵实现宽带信号恒定束宽波束形成的基本原理;根据声呐方程[1]和Knudsen模型[2]对阵列相关参数进行计算并设计了一组实用的嵌套阵参数.通过采用窄带处理技术和契比雪夫加权获得了宽度恒定的主波束和可控的旁瓣级;最后进行了仿真,验证了算法的有效性.     

一种基于线阵的舰船辐射噪声空间分布特性分析方法

传统的舰船辐射噪声空间分布特性是用单水听器法分析获得的.由于单水听器是无指向性的,无法满足舰船辐射噪声向低噪声发展的测试需求.本文采用恒定束宽波束形成技术,分析处理基阵获取的舰船辐射噪声数据,提高了输出信噪比,克服了经典宽带波束形成技术的数据失真问题,并得到舰船辐射噪声的空间分布特性.     

基于插值虚拟阵元的均匀线列阵近场恒定束宽设计

对均匀线列阵的远场波束和近场波束进行了比较,得出两者存在一定的差异。直接将专门的针对均匀线列阵远场恒定束宽方法应用于近场,在某些情况下,不能达到恒定束宽。本文对近场波束进行修正后,近似跟远场波束相同,从而将改变阵元数目的均匀线列阵恒定束宽方法推广到近场中,并利用插值虚拟阵元的方法提高了恒定束宽的效果。     

圆柱形基阵指向性仿真研究

舰船辐射噪声对舰船的生存和武器装备性能有较大影响,对辐射噪声的有效测量成为检验舰船性能的重中之重。圆柱形基阵具有较好的实际形状,有利于在浅海条件下进行低噪声测量。本文建立了圆柱形基阵的数学模型,对其指向性特性进行了数值仿真,并将仿真结果与直线阵、平面阵进行对比,分析浅海条件下应用圆柱形基阵进行辐射噪声测量的优势。给出了圆柱形基阵常规波束形成和旁瓣控制波束形成的波束方向图,并着重讨论波束宽度、旁瓣级与阵元数和接收信号频率之间的关系。     

组合圆周阵宽带恒定束宽波束形成研究

为解决组合圆周阵恒定束宽波束形成问题,本文建立组合圆周阵接收信号模型,将阵列响应向量表示为贝塞尔函数的级数之和,截断高阶项,利用将各频率点上的波束图与参考波束图一致的思想,得到恒定束宽波束图,并讨论改变阵列参数对波束图的影响。计算机仿真实例表明该方法可有效运用到组合圆周阵恒定束宽波束形成问题中。本文研究具有实际应用价值。     

矢量阵被动合成孔径算法

随着减震降噪技术的发展,水下辐射噪声水平不断降低,使得采用常规波束形成技术进行声源定位难度加大。基于此原因,本文重点研究矢量阵被动合成孔径技术,该方法将合成孔径应用于矢量线列阵中,通过理论及仿真表明,该方法要优于常规声压阵列,它可以通过较少水听器阵元数目的阵列,得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列,具有更高的目标定位精度,而且可以获得长阵具有的阵增益和方位分辨力,降低工程实施难度,适合低噪声目标的辐射噪声测量,具有良好的工程应用价值。     

一种线列阵反卷积波束形成高分辨算法

传统的水声阵列波束形成方法在非声源方向存在旁瓣,直接影响目标的检测精度。本文针对波束形成中旁瓣抑制问题,在常规波束形成中引入反卷积算法,提出一种基于反卷积的高方位分辨算法。将常规波束形成作为一个线性系统,由均匀线阵的波束指向性出发,利用Richardson-Lucy迭代求解点声源散射函数,以常规波束形成输出结果作为系统的输入,与声源点散射函数相卷积,抑制阵列指向性函数对输出的影响,缩窄主瓣,抑制旁瓣。在此基础上给出纯净目标辐射噪声的提取方法,归纳总结算法流程。仿真结果表明,反卷积波束形成算法能够实现多目标的调制谱分离,具有更优的多目标角度分辨力,有效提高目标检测性能。     

圆台阵近场目标三维空间被动定位性能研究

针对近场水下目标被动定位问题,提出圆台阵设计构想,推导了基阵接收数据模型和近场三维声聚焦波束形成方法,通过对切割球面上聚焦点的扫描,得到目标方位角和俯仰角,再通过对不同扫描球面上最大输出功率的比较实现目标距离估计。采用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成方法仿真分析了圆台阵阵型对水下目标三维空间被动定位性能的影响,结果表明,圆台阵越接近平面,测距性能越好,方位角分辨率越高,但是对于俯仰角较低的目标而言,圆台阵越接近圆柱状,俯仰角分辨率越高,因此,圆台阵设计时需要对俯仰角和距离估计需求综合考虑。     

基于水下高速小目标末弹道测量的实孔径成像声呐波束形成研究

针对在没有水下弹道测量系统配合的水域利用实孔径成像声呐测量高速小目标末弹道应用背景,成像声呐需要低旁瓣波束形成,本文提出一种基于Dolph-Chebyshev加权的波束形成方法,给出该波束形成方法的阵列设计约束条件和权值计算方法,通过Matlab仿真实验定量分析几种常规波束形成方法的性能,证明该方法相对于其他常规圆阵波束形成方法的优势,以期供相关声呐波束形成设计参考。     

多波束宽带恒定束宽波束形成器的DSP实现

波束形成是声纳、雷达信号处理中的重要环节。由于高性能的宽带波束形成算法运算量大交难以实时实现,因此开发研制高速度、高精度、高性能的波束形成器、就很必要。文章提出采用ＴＭＳ３２０Ｆ２０６及ＩＭＳＡ１００为主要芯片,构成多波束宽恒定束宽波束形成器,可实现实时、高速、高性能的多波束宽带恒定束宽波束形成,并给出了具体设计方案。水池实验结果,表明本文的系统设计方案正确、可靠。     

基于短基线组合系统实现浮标阵水下目标运动轨迹精确测量

针对水声定位浮标基阵的水下运动目标的轨迹测量时,由浮标水下阵元位置误差引起系统的误差,提出以短基线组合定位系统的浮标水下阵元坐标实时测量校准方法。仿真结果表明,采用短基线组合定位技术,能保障浮标水下接收阵元的定位误差小于0.3 m,系统水下定位误差小于3 m,满足对水下目标轨迹的精确测量技术要求。海试结果证明效果可靠。     

子阵波束域自适应波束形成方法研究

阵列输出的有限次快拍处理等效地增加了信号之间及信号与噪声之间的相关性,导致了现有的子阵自适应处理方法在小快拍数目时的性能损失.现提出一种子阵波束域自适应波束形成算法,通过对子阵多波束输出的协方差矩阵求平均,减弱信号之间的相关性,从而提高自适应波束形成算法的性能.仿真结果表明,该提算法在小快拍数情况能够大大提高输出信干噪比,并有效地抑制阵元上接收的随机噪声.     

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DNV SILENT-S的物探船水下辐射噪声分析

民用船舶的水下噪声测量研究一直鲜有报道。针对以螺旋桨为主要影响因素的船舶,基于DNV SILENT-S的相关观点及要求,以多缆物探船"发现6"为研究对象,主要对物探船螺旋桨引起的水下辐射噪声展开了分析讨论。重点阐述物探船水下辐射噪声的研究及分析过程,采用不同拖缆工况进行实船测量及其数据处理。通过对目标船实船测量数据和仿真结果对比,进一步分析螺旋桨对物探船水下辐射噪声的影响,提出了螺旋桨引起的水下噪声应在设计阶段作为考量因素,也为物探船降噪设计提供参考。     

有限水深下舱段模型水下声辐射圆柱形阵列测量研究

在水面舰艇的研发阶段,随着对其声隐身性能指标的提高,一般采用数值仿真或者舱段模型试验来考核并优化其声学设计。对于舰艇水下声辐射预报方法,也会利用舱段模型试验来验证。考虑试验成本、操作便利性和背景噪声等因素,一般将舱段模型放置在露天水池进行水下辐射噪声测量,因此开展舱段模型在有限水深露天水池的水下声辐射测量研究非常有必要。为了分析有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性,本文对在2种水域模型的封闭半圆筒结构水下声辐射进行数值仿真,并对小水线面双体船缩比模型进行了露天水池试验和噪声估算。分析计算和实测结果,验证了有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性。该研究成果对于露天水池中舱段模型水下辐射噪声测量试验具有指导意义。     

基于降阶模型的结构声耦合系统的极点配置

基于结构声耦合系统的降阶模型实现了水下结构振动和声辐射的极点配置.文中的降阶模型可完全基于结构声耦合系统的振动响应通过实验来获取,可以不需要形成或知道结构的质量阵、阻尼阵、刚度阵和流体的声阻抗矩阵.以水中板结构的振动和声辐射为例使用同位的传感器/作动器布置采用输出反馈控制对流体加载下的板的固有频率和阻尼进行了配置,并对不同的控制构型进行了分析和讨论.数值模拟结果表明基于降阶模型进行水下结构振动和声辐射的极点配置是可行的.     

加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究

根据模型与实艇舱段结构的声学相似关系，将模型测量的激振力、壳体加速度到水中辐射噪声的传递函数换算到实艇，利用这个传递函数可以根据实艇测量的激振力以及振动加速度预报艇体辐射噪声。采用通用程序进行了模型水下声辐射计算，将计算结果与测量结果进行对比，两者在I／3oct频带范围能够符合，但频谱结构差别仍然较大，这表明采用目前已有数值分析手段，可以对加肋圆柱壳舱段结构水下辐射噪声性能进行初步估算，要获得较准确的结果仍然需要进行模型试验。模型结构水下声辐射试验在水库中完成。     

基于降阶模型的结构声耦合系统的极点配置（英文）

基于结构声耦合系统的降阶模型实现了水下结构振动和声辐射的极点配置。文中的降阶模型可完全基于结构声耦合系统的振动响应通过实验来获取,可以不需要形成或知道结构的质量阵、阻尼阵、刚度阵和流体的声阻抗矩阵。以水中板结构的振动和声辐射为例使用同位的传感器/作动器布置采用输出反馈控制对流体加载下的板的固有频率和阻尼进行了配置,并对不同的控制构型进行了分析和讨论。数值模拟结果表明基于降阶模型进行水下结构振动和声辐射的极点配置是可行的。