水下噪声基阵测量系统对空间源的响应

在水动力试验设备或海上实船作水下辐射噪声的测量中，为提高测量信噪比和估计噪声源强度空间分布，采用了多焦点的聚焦基阵，对于幅度补偿和幅度归一化补偿的聚焦基阵，讨论和计算了基阵对聚焦点附近的声源位置的响应（声场分布）。     

相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场

相位共轭法可实现声波反向传播和自适应聚焦,用于声源成像。从理论的角度梳理分析基于测量声压使用单极子源(PC/M)、基于测量声压梯度使用偶极子源(PC/D)、基于测量声压和质点速度使用单极子源和偶极子源(PC/P)这3种相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场之间的关系,以及PC/P相位共轭声场与源声场的关系。从倏逝波和传播波角度给出上述3种阵列能否突破衍射极限的理论依据,并基于线列阵进行数值仿真,给出阵与源的距离、阵元间距、阵元偏移对各阵聚焦的影响。结果表明:当阵长一定时,在近距离处PC/D聚焦效果最佳;在阵与源距离较远处,以半波长阵元间距的PC/M聚焦效果最佳。     

声矢量阵阵增益研究

对矢量水听器线阵的阵增益进行了理论分析，给出了白噪声背景下和球形噪声背景下线阵的阵增益计算公式。理论分析表明，矢量水听器线阵的阵增益大于阵元数相同的常规声压水听器线阵。文中还给出了这种提高的物理意义。     

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。     

一种双锥阵稳健水下目标噪声测量方法

测量水下目标辐射噪声时,为保障测量结果的准确性,并缓解浅海波导界面反射对测量结果的影响,测试方法需具有恒定束宽波束输出以及较好的空间指向性。对采用双锥阵测量系统的辐射噪声测量方法进行研究,采用二阶锥规划方法对双锥阵波束输出进行设计,结合聚焦变换提出了水平和垂直双向恒定束宽的低旁瓣稳健波束形成方法,实现了浅海波导中对水下目标宽带辐射噪声的测量。在仿真的浅海波导环境中,接收信噪比为5 dB时,测量结果相比单阵元系统以及应用常规波束形成器的测试方法有显著提升。     

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。     

等效阵长对声压线阵声呐空间增益的影响分析

为了研究声压线阵声呐空间增益的影响因素,就同等阵元个数情况下线阵声呐等效阵长与波束形成结果的关系进行仿真分析。首先,建立了直线阵、圆阵、半圆阵和太极阵的声压线阵声呐模型,定义了线阵声呐等效阵长的数学表达式,对线阵声呐等效阵长的进行了对比分析。其次,引入"–3d B波束宽度"概念,通过蒙特卡罗试验,得出了线阵声呐等效阵长与"–3d B波束宽度"之间的反比关系。最后,对多目标情况下的波束形成仿真结果进行对比分析,验证了等效阵长对线阵声呐空间增益的影响关系。     

等效阵长对声压线阵声呐空间增益的影响分析

为了研究声压线阵声呐空间增益的影响因素,就同等阵元个数情况下线阵声呐等效阵长与波束形成结果的关系进行仿真分析.首先,建立了直线阵、圆阵、半圆阵和太极阵的声压线阵声呐模型,定义了线阵声呐等效阵长的数学表达式,对线阵声呐等效阵长的进行了对比分析.其次,引入"–3dB波束宽度"概念,通过蒙特卡罗试验,得出了线阵声呐等效阵长与"–3dB波束宽度"之间的反比关系.最后,对多目标情况下的波束形成仿真结果进行对比分析,验证了等效阵长对线阵声呐空间增益的影响关系.     

海流影响下垂直阵阵形估计研究

在利用垂直阵进行水声测量时,需要对水下阵形进行修正以提高测量增益.本文对垂直阵水下阵形形变的物理机制进行了研究,证明垂直阵在零浮力与定常流条件下阵形为抛物线.采用微元分解法对垂直阵在海流冲击下的阵形进行了理论预报,并利用多项式拟合的方法对垂直阵水下阵形进行了修正,阵形的修正精度可以达到10-2米级,满足了系统的测试要求.     

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。     

舵机幅度与速率受限的船舶转向抗饱和控制

为了解决船舶转向控制中存在的实际问题—舵机幅度与速率饱和、模型不确定性、流体动力非线性,提出了转向抗饱和控制算法。在模型有效性的前提下,化不确定非线性船舶动力学模型为线性微分包含模型,应用线性系统理论求出静态无约束控制规律;在控制器中加入幅度与速率饱和模型,以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。仿真结果满足实际转向控制要求。     

任意结构形状传感器阵方向图的最佳化

本文介绍一种处理传感器阵方向图最佳化问题的新方法,即所谓凹槽噪声场法。这种方法将通过计算机仿真来实现。原理上说,这种方法可以用来计算任意结构传感器阵的最佳权系数矢量和最佳方向图,以满足主瓣方向和宽度的要求,并使旁瓣级为最小。因此这种方法有可能用来解决传感器阵设计、应用中的许多实际问题,例如少数传感器失效、阵的尺寸误差过大,单个传感器的方向图互不一致,以及阵的结构形状复杂等。文中提供了一些计算实例,以说明本方法的优点,包括有一个“随机阵”的方向性设计。     

基于GPS信号多普勒补偿的空中目标探测方法

针对现代雷达面临的恶劣战场环境,提出了基于GPS反射信号处理的空中目标探测方法。介绍了一种基于分组信号FFT处理的多普勒补偿算法,抑制了目标多普勒频移对GPS信号自相关性能的破坏。对FFT处理后信号进行不同的多普勒模糊度修正,然后对修正结果脉压后取大,消除了多普勒测量模糊,实现了对目标速度的准确测量。仿真表明：在多普勒完全补偿的情况下,该方法可获得40Hz的多普勒测量精度和良好的信号处理增益,扩展了多普勒测量范围和精度,能够实现空中目标探测。     

基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术

大孔径拖曳线列阵受舰艇横向机动、洋流影响和水动力影响时会产生一定的阵形畸变,阵形畸变使得波束形成时阵列流型失配,进而降低了波束分辨率和信号的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右双子阵分别做波束形成,通过最大似然时延估计算法估算对应波束的时延差,再依据估算时延差对左右波束进行延时求和得到最终的波束信号。仿真和海试数据证明,相对于全阵直接做波束形成的方法,基于时延估计的分裂阵的时域波束形成技术有效提高了波束分辨率和信号的增益。     

船舶航向保持静态抗饱和控制

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法.首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,使控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益.设计的控制器简单,满足船舶航向控制精度和节约能源性能要求,解决了由于舵机速率饱和导致的闭环系统不稳定问题,最后通过仿真进行了验证.     

圆柱形基阵波束形成仿真研究

波束形成问题是阵列信号处理的核心问题。阵列的结构形状、阵元数目和处理算法等因素决定了其空域滤波的性能。本文给出圆柱形基阵的波束形成分解方法;然后深入研究圆柱形基阵的常规波束形成方法和旁瓣控制波束形成方法,通过利用圆阵的相位激励模式,将直线阵中应用的旁瓣控制加权方法应用到圆阵,从而降低圆柱形基阵输出的旁瓣级,以提高基阵性能;最后仿真分析圆柱形基阵在各种不同的加权方式下的性能。     

两种无参考信号的自适应天线阵

在实际通信系统中,应用LMS算法的主要困难是获得适当的参考信号。对一定的通信系统,可以通过处理阵列输出得到参考信号。本文,简述了线性约束LMS算法的自适应阵与功率倒置自适应阵的基本原理,着重于影响系统设计和性能的某些实际问题。     

数字式动静态光电自准直仪的研究

光电信准直仪是一种在工程测量中广泛应用的测量仪器,以线阵ＣＣＤ作光电转换及测量器件所构成的动静态光电自准直仪,其结构简单,性能,可靠性均有提高。重点对线阵ＣＣＤ在动态瞄准静态测量中的应考虑的问题进行了探讨,并给出了实验结果。     

闭环增益成形算法在舵阻摇系统中的应用

给出了单输人多输出(SIMO)系统即被控对象为非方阵情况下的闭环增益成形控制算法。考虑到舵阻摇系统的闭环传递函数阵一定是奇异的，以及具有1个输入控制2个输出的特点，在保证其中1个输出尽量小而另1个输出跟踪输入的前提下，将闭环传递函数阵即补灵敏度函数阵设为具有一阶惯性的奇异阵，设计出鲁棒控制器。研究并建立舵阻摇系统的非线性模型，并在Matlab中通过编写S函数来实现。用设计好的控制器对非线性模型进行仿真，运用Simulink工具箱得到仿真曲线，从仿真曲线可看出此控制器具有良好的鲁棒性能。通过分析并比较组摇前和组摇后的各组仿真曲线，算出减摇率在50%左右，减摇效果较好。     

基于Matlab的常见阵型阵增益性能仿真研究

阵增益是声纳方程的一项重要指标,其研究具有重要意义。阵增益是一种描述阵型对信号加强和对噪声抑制的量,工程上希望在既定条件下,阵增益越大越好。声纳基阵在进行波束形成时,其指向性图会发生畸变,因而增益也会发生相应变化,因而在不同束控方向增益也会有所差别。在论文中,将从指向性因数和信噪比增益两方面来研究不同参数情况下几种常见阵型的增益情况,并衡量这两种方法的内在联系和优缺点。