声矢量阵降维平行因子模型及方位估计方法

针对原有的声矢量阵三阶PARAFAC(平行因子)模型维数高、参数求解过程运算量大的缺点,建立了一种降维的PARAFAC模型。将声矢量阵看作空间共点的声压传感器子阵和振速传感器子阵,计算各子阵输出数据的自协方差,并构造了三阶张量,最后证明该张量满足三阶PARAFAC模型并利用交替迭代算法估计声源参数。仿真和实测数据表明:该方法可以用于多目标方位估计且估计精度优于超分辨率的ESPRIT算法。     

舰炮射击海上弹着点声学测量方法及精度仿真

本文提出了利用声传感器测量舰炮射击海上弹着点的方法,并建立了基本方程。对测量系统的原理和测量信息的传输方式进行了分析,在此基础上,对声传感器位置误差、测时误差及二者综合作用对测量精度的影响分别进行了仿真计算,证明测量原理可行,测量精度满足要求。     

基于卡尔曼滤波的单矢量水听器水中多目标方位跟踪

对单矢量水听器接收的声压和质点振速信息进行联合处理,采用量子粒子群求解声压和质点振速组成的非线性相关方程组,从而实现多目标声源方位的估计。对于低信噪比的情况,难免会引入较大的方位估计误差。采用最小二乘法对目标方位轨迹进行拟合并建立预测模型,然后通过卡尔曼滤波对单矢量水听器估计的目标方位轨迹进行优化。结果表明：单矢量水听器能够同时分辨多个目标方位,解算结果应用统计特性表示;信噪比越高,分辨率和精度越高,偏差越小;对于水中目标而言,1阶多项式足以进行方位轨迹拟合,再采用卡尔曼滤波能够有效提高目标方位跟踪精度。     

基于特征值的单矢量水听器目标检测算法

针对水下目标检测在低信噪比与非平稳背景噪声情况下性能下降的问题，结合特征值检测算法原理，给出一种单矢量水听器联合信息互相关检测算法。该算法利用电子旋转导向角度与振速信息构成一种组合振速，并结合声压信息得到一种互相关值，在大快拍无信号条件下，该值满足渐进高斯分布；将该值除以解析振速与声压信息的协方差矩阵最小特征值，得到一种检测统计量；通过与门限值比较，实现目标检测。理论分析可见，所提检测算法无须背景噪声的先验信息，并且可以通过调节导向角度提高检测性能；在单目标情况下，利用检测统计量与导向角度的对应关系可实现目标方位估计。仿真与实测数据结果表明，相比于单矢量水听器最大最小特征值检测算法与能量检测算法，所提算法检测性能优良，适合于单矢量水听器目标预警检测。     

单矢量水听器的姿态修正测向问题探讨

提出了一种采用姿态修正的单矢量水听器远场测向方法.在实际应用中,矢量水听器的测向及其接收的质点振速分量信噪比(SNR)均会受到水听器偏转姿态的影响.为此,利用远场条件下只需两个振速分量和声压信息即可实现二维测向的原理,提出了一种基于振速分量选择处理的远场测向方法,该方法充分利用高SNR的振速分量,提高了测向精度.计算机...     

矢量阵的快速宽带频域波束形成方法

矢量水听器能获取振速信息,因此由其所组成的阵列有着常规声压阵列所不能比拟的优势,但正因为有了振速各分量信息,基于矢量阵的信号处理面临计算量大为增加的高维协方差矩阵运算的难题,当阵元数较多时,难以实时实现。为此,基于FFT思想,提出了一种适用于矢量水听器阵列的快速宽带频域波束形成方法。该方法在频域实现,将宽带信号分解为多个窄带信号,采用快速傅立叶变换来实现各阵元数据的相移累加过程,处理速度得以大幅提高。研究表明:该方法完全满足实时处理的需求,其测向性能也能达到克拉美-罗下界,且矢量阵具有常规阵所不具有的左右舷分辨能力,对微弱目标的检测能力也较强。     

光纤激光水听器的PGC实时全数字解调系统

概述了基于麦克尔逊干涉仪的光纤激光水听器的相位载波零差法(PGC)调制解调原理,通过数学推导及仿真,分析了调制信号和混频信号的频差是导致全数字化解调结果错误的主要因素之一。针对该诱导因素提供了可行的解决方案,并实现了基于DSP的1 MHz采样频率下使用PGC方法的全数字实时解调系统。对低频水声波段800Hz水声信号进行解调,实验结果表明:解调信号波形良好。     

大深度复合同振式矢量水听器设计

针对目前深海无人移动平台缺乏与其工作深度相匹配的复合同振式矢量水听器的问题,采用薄壁铝合金球壳作为矢量通道,压电陶瓷圆环作为声压通道,设计制作了一型大深度复合同振式矢量水听器,并用理论计算、有限元仿真和实验测试的方法对其声学性能和耐压性能进行了验证。该水听器的外径为85 mm,质量为398 g,平均密度为1 240 kg/m~3,工作频段为20～3 000 Hz,矢量通道呈余弦指向性,灵敏度为-187 dB@500 Hz,声压通道无指向性,灵敏度为-191 dB@500 Hz,耐压深度为2 000 m。海上试验表明,该水听器能够搭载在水下滑翔机等深海无人平台上执行声学探测任务,在大深度声学探测领域具有重大的应用价值。     

一种曲伸式 DFB 光纤激光水听器探头的研究

为了提高 DFB(分布反馈式)光纤激光水听器的声压灵敏度,改善其动态特性,设计了一种曲伸式DFB 光纤激光水听器探头结构.该结构在保持激光器原有优点的同时,通过增大声压作用面积并将压力转化为对激光腔的轴向应变,有效地实现了声压增敏,同时通过机械结构改善了水听器的动态特性.利用有限元软件 ANSYS 对该结构进行了优化设计,加工制作了备构件并对 DFB 光纤激光器进行了封装,制作出长度约80 mm、直径仅6 mm的水听器原型样品并进行了实验研究.实验结果表明,采取该种形式的结构对 DFB光纤激光器进行封装后,探头的声压灵敏度提高了约17.5 dB,在500～1 500 Hz频率范围内具有较平坦的灵敏度响应.     

基于波达方向矩阵的矢量水听器方位频率联合估计

提出了一种新的基于单个矢量水听器的方位频率联合估计方法--波达方向矩阵法.利用矢量水听器的时延数据,构造了两个相同的子阵,通过对波达方向矩阵的特征分解,实现了对目标信号的波达方向估计,并同时得到了目标的频率特征.计算机仿真实验表明,该方法具有较好的估计精度.