基于单元辐射叠加法的水下矩形板声场重建

为解决等效源法在水下结构声源声场重建中存在的虚拟等效源配置位置难以确定、求逆过程中传递矩阵病态性过大的问题,本文提出了基于单元辐射叠加法的水下结构声源声场重建方法。该方法利用结构声源边界元法建模思想与声场波叠加原理,建立了声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系,得到可快速计算的振声传递函数,并利用该函数作为传递算子进行声场重建。通过对矩形板的声场重建仿真,验证了本文方法相比等效点源近场声全息具有更高的重建精度,且具有更大的有效全息距离。通过在不同阵元数、信噪比情况下的仿真分析,进一步证明了本文方法能够改善水下结构声源的声场重建精度。

柱形障板条件下声矢量圆阵相位模态域目标方位估计

提出了基于横向、纵向和对角排列的声压振速联合处理协方差矩阵构造的相位模态域最小方差无畸变响应(MVDR)目标方位估计方法。该方法利用弹性柱障散射声场模型,根据声矢量圆阵相位模态变换理论,构造声压与不同振速分量的互协方差矩阵,并进行相加、纵向、横向和对角排列得到扩展互协方差矩阵,将扩展互协方差矩阵分解重构后进行MVDR目标方位估计。理论分析与仿真结果表明,纵向排列互协方差矩阵具有更好的方位估计性能,相加互协方差矩阵具有较低的背景谱,对角和横向排列相对纵向排列较差。水池试验和湖试结果进一步验证了纵向排列互协方差矩阵具有较其他3种方法更好的方位估计性能。

模型误差条件下声矢量圆阵多重信号分类测向改进算法

针对非正规协方差矩阵引起声矢量圆阵多重信号分类(MUSIC)测向算法性能恶化的问题,提出了一种基于奇异值分解的声压振速联合处理MUSIC改进算法。理论分析了阵列响应误差和噪声模型误差对协方差矩阵的正规性及估计性能的影响。模型误差条件下声矢量阵声压振速联合处理的协方差矩阵不再是正规矩阵,改进的MUSIC方法通过对声压振速联合处理的协方差矩阵进行奇异值分解,利用非正规矩阵的左、右奇异向量自身正交的特性,采用奇异向量张成噪声子空间。数值仿真结果表明,改进的MUSIC方法改善了波达方向估计精度和多目标分辨能力,且具有更低、更平坦的空间背景谱。湖上试验进一步验证了改进的MUSIC方法的有效性。

基于量子行为粒子群算法的舱室噪声监测点优化布置

针对舱室噪声在线监测及声场预报问题,本文提出了一种基于量子行为粒子群算法的舱室内部声监测点优化布置方法。根据研究频段范围确定所需声腔模态阶数,计算全部备选监测点位置处各阶声腔模态的声场分布,采用模态置信矩阵作为目标函数,基于量子行为粒子群算法对监测点位置进行优化,获得优化布置方案。从声腔模态采样的正交性及内外声场响应的角度与其他测点布置方案进行了性能比较。研究表明:本文方法优化得到的测点布置方案采集声腔模态信息更全面,可有效提升舱室内声场的重建精度和基于舱室内声场监测的水下辐射噪声预报精度。

主特征向量加权的声矢量圆阵波束域多重信号分类测向方法

为降低声矢量圆阵方位估计方法的计算复杂度,避免声压振速联合处理需选取观测方向的问题,提出了一种主特征向量加权的声矢量圆阵波束域多重信号分类(MUSIC)测向方法。在信号总功率与噪声功率之比最大的优化准则下,求解得到单矢量传感器最优的加权向量,即主特征向量。结合主特征向量设计相应的波束形成矩阵,并从理论上对声矢量圆阵阵元域和波束域MUSIC的目标方位估计方差进行比较。推导了单矢量传感器的大特征值和信号功率、大特征值对应的特征向量和其导向向量之间的关系。通过仿真实验验证了基于主特征向量波束形成矩阵的有效性,所提方法具有较低的计算复杂度和良好的方位估计性能。水池实验数据分析表明,所提方法能够准确估计目标方位。

同振球型矢量水听器声波接收理论研究

对同振球型矢量水听器声压和质点振速的声波接收理论进行了研究。以同振球型振速水听器测量原理为基础,推导了自由运动刚性球体和弹性球体的声波接收响应数学表达式,分析了振速水听器几何尺寸、平均密度与其频响特性曲线之间的关系;另外,根据球面接收器的声波接收理论,推导了矢量水听器声压接收响应数学表达式,通过理论分析和数值计算,研究了振速水听器表面上的声压分布规律以及声压水听器的声波接收压力系数与其接收面的大小、质点振速水听器的半径、布放的位置和半径等参数之间的关系;从理论上建立了矢量水听器声波接收理论模型和分析方法,为矢量水听器的设计和研制提供了理论依据。

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.

矢量水听器的源定向理论及其定向误差分析

论述利用矢量水听器进行源定向的3种理论和方法:质点振速法、平均声强法和互谱声强法,从互谱声强法出发分析了影响矢量水听器定向精度的因素,并对上述影响进行了计算机仿真和定量分析.计算机仿真和分析结果表明矢量水听器定向精度主要与源信号的信噪比和入射角度以及测量系统各通道幅相频不一致性有关.计算机仿真和定量分析结果对矢量水听器的工程应用具有重要指导意义.

薄壁球形导流罩对矢量水听器接收性能的影响

在实际使用时,为了减小流噪声对矢量水听器的影响,将其放置在流线型较好的导流罩内,因此对导流罩内矢量声场的计算是非常必要的。以水下弹性球壳为研究对象,从理论上研究了弹性薄球壳声透射对矢量水听器声场测量的影响;推导了平面声波对弹性球壳声透射的矢量声场数学表达式,计算了不同壳体参数下内充水弹性球壳的声透射矢量声场对矢量水听器各通道声波接收响应幅值和相位以及各通道接收指向性的影响。理论分析表明,弹性薄球壳透射声场对矢量水听器接收声场的影响与壳体机械阻抗和水听器安装位置密切相关,水听器安装偏差对其声场测量影响比较大。

矢量拖线阵不同形状水听器流噪声响应特性

拖线阵声呐流噪声大小与水听器形状密切相关,为了揭示矢量拖线阵流噪声响应特性,研究了不同形状矢量水听器滤波特性及其噪声抑制特点。基于波数-频率谱分析方法,导出了圆柱形、球形、胶囊形矢量水听器的波数响应函数以及噪声功率谱解析表达式;并根据湍流边界层压力起伏Carpenter模型数值计算了矢量水听器波数响应函数、流噪声响应特性与水听器形状和几何尺寸之间的变化规律,得到了不同形状矢量水听器抑制流噪声特点。研究结果表明,细长胶囊形矢量水听器具有较好的流噪声抑制性能。

矢量拖线阵水听器流噪声响应特性

针对传统拖线阵流噪声理论的局限性,建立了完善的矢量拖线阵流噪声理论分析方法,可全面准确地揭示矢量拖线阵流噪声响应特性.基于细长圆柱的湍流边界层压力起伏Carpenter模型,采用波数-频率谱分析方法对矢量拖线阵流噪声响应特性进行了理论研究,导出了圆柱形矢量水听器流噪声响应的声压和振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式,定量分析了流噪声响应功率谱与拖曳速度、水听器尺寸、套管尺寸和材料等参数之间变化规律;另外,还讨论了圆柱形矢量水听器偏离护套轴线时矢量拖线阵流噪声响应,导出了流噪声响应的声压、径向和轴向振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式,数值计算结果表明:轴线偏移距离对声压和轴向振速的高频噪声的影响要大于对低频噪声的影响,而对径向振速的全频段噪声都有明显影响,且对振速分量影响要远大于对声压影响.

弹性球壳声散射对矢量水听器测向影响研究

以平面波在弹性球壳上声散射理论为基础,建立了弹性球壳近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型,分析了入射声波信号频率、入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响。计算和理论分析结果表明,弹性球壳声散射对矢量水听器测向性能的影响与壳体散射特性和水听器安装位置密切相关,在低频和高频段测向误差相对比较小,而在中频段则测向误差比较大,可通过选择工作频段,或者采用声学处理,降低壳体声散射强度,减小对矢量水听器测向性能的影响。研究结果为矢量水听器工程应用奠定了理论基础。

基于层次诊断的水下结构振动噪声源分离量化

从声学的角度看,潜艇具有振动噪声源数目众多、相互之间耦合严重以及传递路径复杂的特点。层次诊断通过建立递阶层次结构对振动噪声源分离量化问题进行分解,从而形成了自上而下的支配关系,然后借助于标度通过两两比较建立判断矩阵,从而得到各振动噪声源对评价点的贡献量。根据声学中的分贝数相加原理,对层次分析法中的标度进行调整使其具有物理意义,从而使层次诊断结果是具有实际物理意义的测度。将潜艇层次诊断过程分为两个环节,分别为从艇内设备到壳体以及从壳体到水声场,并采用加权平均方法和D-S证据理论对这两个环节的计算结果进行融合。仿真计算和舱段试验验证了层次诊断应用到舱段模型振动噪声源分离量化问题中的可行性。

弹性元件对同振球型振速水听器的影响

本文在同振球型振速水听器测量原理的基础上,研究了弹性元件对同振球型振速水听器的影 响。理论分析结果表明,其影响不仅与弹性元件的弹性有关,也与水听器的悬置空间大小、直径和密 度有关。这一结果对于矢量水听器在工程中的应用具有参考价值。

振速水听器的声场特性分析

在推导同振球型振速水听器测量原理的基础上,给出了其声压的数学表达式.对水听器的振速测量和其表面上的声压分布特性进行了理论计算和分析,结果表明,球体的密度比M/m不仅对振速水听器的上限工作频率有影响,而且对其灵敏度也有影响,随着密度比M/m增大,振速水听器的上限工作频率和灵敏度均变小.另外,也计算了振速水听器对均匀布放在其周围的声压水听器测量结果的影响,计算结果表明M/m值对在声波入射方向上的声压水听器的测量影响较大,当ka≥0.5时声压水听器的测量值与声波的入射方向有较大关系.

基于矢量水听器声强法的材料声反射系数测量

0引言近年来,随着矢量传感器技术的发展,矢量传感器已被成功地应用于空气中声学材料声学性能的测试领域中[1-2]。H-E.de Bree等人[1]详细讨论了矢量传感器进行声反射系数测量方法和实验研究,主要研究了表面阻抗法和源镜像法两种测量方法。Finn Jacobsen等人[2]则对矢量传感器用于驻波管声反射系数测量原理和实验进行了研究。本文理论分析了矢量声场中有功声强。

低速物体入水溅落声特性研究

在水池中利用声压水听器和矢量水听器对实验模型低速入水产生的溅落声进行了一系列测量实验,对低速物体溅落声信号的波形特征、声源强度随入水角的变化规律以及频谱特性进行了初步分析,并给出了一些实验结果。

水下声强测量分析系统及其在近场测量中的应用

基于双水听器互谱测量法,自行研制了可用于水下结构辐射噪声测量系统.该测量系统具有较宽测量频带范围,是一套以微型计算机为核心的声强测量系统,它包括声强探头、放大、滤波、A/D采集、电控系统等;并利用该系统在消声水池中进行了声强测量的试验研究,给出了测量面上的声强量值分布的三维图和等值曲线图.试验表明,该测量系统的测量结果是可靠的、测量的效率高.

表面阻抗法测量水声材料声反射系数误差分析

针对采用单矢量传感器表面阻抗法对水声材料进行反射系数测量时产生的测量误差问题,从理论上系统地分析了表面阻抗法的误差来源、影响大小和测量不确定度。通过数值计算,重点分析了矢量传感器对材料边缘衍射效应的抑制作用,提出了规避其影响的方法,并讨论了发射声源和测量系统等参数对测量结果的影响。数值计算结果表明:基于矢量传感器的表面阻抗法对材料边缘衍射效应起到了一定抑制作用,测量结果优于双声压水听器法;表面阻抗法对矢量传感器各通道声压灵敏度误差和相位不一致性较敏感;在低频、大角度入射情况下表面阻抗法对测量系统参数误差较敏感。

基于特征值多阈值修正的声矢量圆阵信源数检测

为了解决水下远程目标被动探测问题,提出了一种声矢量圆阵的信源数检测方法。该方法构造了声矢量圆阵声压与振速联合处理的协方差矩阵,并借鉴图像处理中双阈值检测概念,对协方差矩阵的特征值进行多阈值修正处理,利用信息论检测准则实现了声矢量圆阵的信源数检测。理论分析和仿真实验结果表明,本文算法可以有效地提高信息论检测准则的检测性能。水池试验结果也表明本文算法具有更好的噪声抑制能力以及更好的目标检测性能,进一步验证了算法的有效性。