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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
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作者 徐付佳 张旭 +2 位作者 朱晓春 时胜国 朱中锐 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期49-57,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 声矢量圆阵 波束域 主特征向量 观测方向 方位估计
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使用协方差矩阵分解的矢量阵声压振速联合处理波达方向估计
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作者 张旭 时胜国 +1 位作者 朱晓春 徐付佳 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期937-949,共13页
提出一种使用协方差矩阵分解(CMD)的声矢量阵声压振速联合处理方法。该方法将声压振速互协方差矩阵分解为观测方位系数矩阵和剩余协方差矩阵,将系数矩阵与导向矢量结合避免了观测方位的选择,对剩余协方差矩阵进行奇异值分解并重构厄米... 提出一种使用协方差矩阵分解(CMD)的声矢量阵声压振速联合处理方法。该方法将声压振速互协方差矩阵分解为观测方位系数矩阵和剩余协方差矩阵,将系数矩阵与导向矢量结合避免了观测方位的选择,对剩余协方差矩阵进行奇异值分解并重构厄米特协方差矩阵,最后对重构的协方差矩阵实施最小方差无失真响应(MVDR)方法处理。理论分析表明,使用重构的协方差矩阵能够获得更高的阵处理增益。数值仿真结果验证了本文方法的计算量与Nehorai处理方法相近,但较传统声压振速联合处理方法具有更高的阵处理增益和目标分辨能力。 展开更多
关键词 声矢量阵 矩阵分解 奇异值分解 观测方位 波达方向估计
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阻抗和厚度梯度变化准周期结构水下声学特性研究
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作者 杜逸眉 胡博 +2 位作者 李明杰 时胜国 时洁 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期212-218,255,共8页
周期结构在减振降噪、滤波等方面具有很大的应用潜力。功能梯度材料是近年出现的具有优良性能的新型复合材料。为了满足水下低频宽带应用的要求,将周期结构和功能梯度材料相结合,提出了厚度和阻抗梯度变化的准周期结构。利用传递矩阵法... 周期结构在减振降噪、滤波等方面具有很大的应用潜力。功能梯度材料是近年出现的具有优良性能的新型复合材料。为了满足水下低频宽带应用的要求,将周期结构和功能梯度材料相结合,提出了厚度和阻抗梯度变化的准周期结构。利用传递矩阵法,对厚度和阻抗梯度变化的准周期结构进行了反射系数的仿真,与周期结构带隙特性进行了比较,分析了厚度与阻抗对准周期结构带隙的影响,最后根据仿真结果制备了试验样品,进行了水下验证试验。研究结果表明,厚度和阻抗梯度变化的准周期结构,第一带隙具有更低的起始频率与更高的截止频率,阻抗梯度变化对准周期结构带隙特性的影响大于厚度梯度变化。研究结果可为利用准周期结构实现水下低频宽带的减振降噪提供参考。 展开更多
关键词 阻抗 梯度变化 周期结构 减振降噪
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水下振荡涡流场声散射与调制特性
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作者 荆晨轩 时胜国 杨德森 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1249-1255,共7页
本文针对水下振荡涡流场的声散射与调制问题建立了理论模型。采用间断伽辽金数值方法模拟了水下振荡涡流场对声波的散射与调制作用,研究了不同马赫数、不同涡流场尺度与声波波长的尺度波长比和不同涡流场振荡频率与声波频率的频率比条... 本文针对水下振荡涡流场的声散射与调制问题建立了理论模型。采用间断伽辽金数值方法模拟了水下振荡涡流场对声波的散射与调制作用,研究了不同马赫数、不同涡流场尺度与声波波长的尺度波长比和不同涡流场振荡频率与声波频率的频率比条件下水下振荡涡流场对声场散射与调制特性。研究结果表明:声波经过振荡涡流场会产生散射和调制现象;振荡涡流场对声场的散射和调制作用均随着尺度波长比、马赫数增大而增强;散射和调制作用随着频率比降低而增强,随着频率比的降低,散射和调制作用增强速度变小,直至频率比的改变对声场的散射和调制作用几乎没有影响。水下振荡涡流场的声散射与调制能够使散射声场含有涡流特征信息,对水下目标探测与识别具有重要意义。 展开更多
关键词 流声耦合 振荡涡流场 散射特性 调制特性 包络 马赫数 尺度波长比 频率比
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码头环境下基于组合阵的高分辨噪声源聚焦定位
5
作者 于树华 时胜国 +1 位作者 时洁 韩闯 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1191-1197,共7页
针对码头测试中噪声源定位受到多途效应影响的问题,本文提出了一种码头环境下基于组合阵列的高分辨噪声源近场聚焦定位方法。该方法采用在均匀声压阵中配置矢量传感器的基阵形式,充分利用多途信道信息生成与实际码头信道声传播特性相匹... 针对码头测试中噪声源定位受到多途效应影响的问题,本文提出了一种码头环境下基于组合阵列的高分辨噪声源近场聚焦定位方法。该方法采用在均匀声压阵中配置矢量传感器的基阵形式,充分利用多途信道信息生成与实际码头信道声传播特性相匹配的空间聚焦波束;结合被动时间反转技术得到更尖的聚焦峰和更强的背景抑制能力;同时引入最差性能优化思想减小了各种失配误差引起的高分辨聚焦定位方法性能下降。仿真和水池试验结果表明该方法在码头复杂声场环境下可以实现噪声源高分辨聚焦定位,且具有较强稳健性。 展开更多
关键词 噪声源定位 矢量水听器 多途效应 最小方差信号无畸变响应法 被动时间反转 最差性能优化
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各向同性噪声场中单矢量传感器虚源消除MUSIC测向方法 被引量:8
6
作者 柳艾飞 杨德森 +1 位作者 时胜国 朱中锐 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期698-706,共9页
针对各向同性噪声场中,单矢量水声传感器声压通道和振速通道的噪声功率不一致性造成MUSIC测向方法性能急剧下降的问题,提出了一种增秩MUSIC测向方法和一种幅度加权MUSIC测向方法。增秩MUSIC测向方法通过增加信号子空间维度消除虚源的影... 针对各向同性噪声场中,单矢量水声传感器声压通道和振速通道的噪声功率不一致性造成MUSIC测向方法性能急剧下降的问题,提出了一种增秩MUSIC测向方法和一种幅度加权MUSIC测向方法。增秩MUSIC测向方法通过增加信号子空间维度消除虚源的影响,在单目标情况和低信噪比时可获得高精度方位估计结果,其性能接近克拉美洛界限(CRB),但它不能分辨双目标;幅度加权MUSIC测向方法通过对接收信号幅度加权消除了虚源,并且能分辨双目标。 展开更多
关键词 MUSIC 各向同性 单矢量传感器 噪声场 测向 矢量水声传感器 幅度加权 接收信号
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稳健的高精度单矢量传感器测向方法 被引量:5
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作者 柳艾飞 杨德森 +2 位作者 时胜国 李思纯 李赢 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期466-474,共9页
针对单矢量传感器各通道之间的相位误差引起已有方法测向不准的问题,提出一种对相位误差稳健的高精度测向方法.该测向方法首先利用单矢量传感器接收信号协方差矩阵的主特征向量与其共轭向量做Hadamard积来构造空间谱,实现对水下目标的... 针对单矢量传感器各通道之间的相位误差引起已有方法测向不准的问题,提出一种对相位误差稳健的高精度测向方法.该测向方法首先利用单矢量传感器接收信号协方差矩阵的主特征向量与其共轭向量做Hadamard积来构造空间谱,实现对水下目标的方位估计;由于Hadamard积消除了相位误差,此估计值与相位误差无关,但存在方位估计模糊。然后利用相位误差的估计值进行解模糊操作,从而得到正确的方位估计。该测向方法的测向性能独立于相位误差,估计精度高。仿真和试验数据处理结果验证了该测向方法对相位误差稳健;在相位误差条件下,其方位估计精度高于平均声强法、CAPON测向方法以及MUSIC测向方法。而且仿真结果表明,该测向方法的测向精度接近克拉美洛下界(CRB)。 展开更多
关键词 方位估计 相位误差 矢量传感器 测向性能 空间谱 HADAMARD积 协方差矩阵 测向精度
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单矢量水听器水声材料声反射系数自由场大样测量方法 被引量:2
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作者 时胜国 王超 胡博 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1036-1043,共8页
为了实现水声材料法向声反射系数的自由场宽带测量,将单矢量水听器作为测量系统的核心设备,结合脉冲声发射技术与后置逆滤波信号处理技术,提出了基于单矢量水听器的水声材料法向声反射系数自由场宽带测量方法,通过矢量水听器电子旋转技... 为了实现水声材料法向声反射系数的自由场宽带测量,将单矢量水听器作为测量系统的核心设备,结合脉冲声发射技术与后置逆滤波信号处理技术,提出了基于单矢量水听器的水声材料法向声反射系数自由场宽带测量方法,通过矢量水听器电子旋转技术实现直达声与反射声的有效分离。讨论了测量系统误差以及接收信号的信噪比等因素对测量结果的影响,该方法对信噪比有一定要求,但对测量系统误差不敏感。实验测试结果表明:与未经后置逆滤波处理的实验测试结果相比,文中所述方法显著提高了测量性能,但受发射换能器低频发射能力限制,实验结果在2.5 kHz以上与理论值吻合较好。 展开更多
关键词 矢量水听器 后置逆滤波 宽带脉冲 声反射系数
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单矢量水听器水声材料声反射系数自由场测量 被引量:1
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作者 时胜国 王超 胡博 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期491-496,共6页
针对测量中试样边缘衍射效应与多途干扰的问题,本文提出了一种斜入射条件下水声材料声反射系数宽带测量方法。结合脉冲声发射技术与后置逆滤波技术,在时域上剔除干扰声信号;随后将单矢量水听器看作三元接收阵,充分利用单矢量水听器接收... 针对测量中试样边缘衍射效应与多途干扰的问题,本文提出了一种斜入射条件下水声材料声反射系数宽带测量方法。结合脉冲声发射技术与后置逆滤波技术,在时域上剔除干扰声信号;随后将单矢量水听器看作三元接收阵,充分利用单矢量水听器接收信号模型特点,通过求解超定方程组分离直达声与反射声,解决了信号混叠的问题。数值仿真与实验研究结果表明:本文所述测试方法可有效实现斜入射条件下的水声材料声反射系数的自由场大样测试,但受限于发和换能器的低频发射能力,实验结果在高频段与理论值吻合较好。 展开更多
关键词 声反射系数 水声材料 单矢量水听器 边缘衍射效应 超定方程组 测量 自由场 斜入射
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中心对称声矢量圆阵的相干双声源方位估计方法 被引量:1
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作者 时胜国 李赢 +1 位作者 杨德森 朱中锐 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1187-1193,共7页
针对水下2个相干目标的远程探测问题,本文提出了一种基于前后向空间平均的声矢量圆阵方位估计方法。该方法根据中心对称声矢量圆阵的结构特性,将声矢量传感器顺序重新排列建立中心对称的阵列形式。利用声压振速联合处理构建声压与振速... 针对水下2个相干目标的远程探测问题,本文提出了一种基于前后向空间平均的声矢量圆阵方位估计方法。该方法根据中心对称声矢量圆阵的结构特性,将声矢量传感器顺序重新排列建立中心对称的阵列形式。利用声压振速联合处理构建声压与振速的互协方差矩阵,引入后向互协方差矩阵,从而通过平均前向和后向矩阵得到前后向平均的互协方差矩阵。采用最小方差无畸变响应波束形成器完成2个相干目标的方位估计。理论分析与仿真结果表明:与声压处理方法、声压振速独立处理方法以及相位模态域声压振速联合处理方法相比,本文所提方法具有较高的角分辨能力、方位估计精度以及较强的噪声抑制能力;相比相位模态域声压振速联合处理方法,该方法可适用的频带范围更宽。试验结果进一步验证了该方法具有较好的相干双目标方位估计能力。 展开更多
关键词 中心对称声矢量圆阵 声压振速联合处理 互协方差矩阵 相干双目标 方位估计 前后向空间平均
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声矢量圆阵宽带相干目标MVDR方位估计 被引量:2
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作者 时胜国 李赢 《应用声学》 CSCD 北大核心 2019年第4期530-539,共10页
针对宽带相干目标的远程探测问题,该文提出一种基于声压振速联合处理和矢量重构的声矢量圆阵MVDR波束形成方法。该方法利用相位模态变换技术,将声矢量圆阵变换为与信号频率无关的虚拟线阵,并构建虚拟线阵声压与组合振速的互协方差矩阵,... 针对宽带相干目标的远程探测问题,该文提出一种基于声压振速联合处理和矢量重构的声矢量圆阵MVDR波束形成方法。该方法利用相位模态变换技术,将声矢量圆阵变换为与信号频率无关的虚拟线阵,并构建虚拟线阵声压与组合振速的互协方差矩阵,利用声压与振速各分量间的空间相关性有效地抑制各向同性环境噪声;并对宽带相干信号的互协方差矩阵进行矢量重构,即将最大特征值对应的特征向量划分为相互重叠的子向量,从而构建前/后向Hermitian矩阵;最后,基于MVDR波束形成器实现宽带相干目标的方位估计。仿真计算和实验数据处理结果表明,该方法具较强的解相干能力和噪声抑制能力以及较高的方位估计性能。 展开更多
关键词 声矢量圆阵 宽带相干信号 互协方差矩阵 矢量重构
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舰船瞬态噪声激励源传递路径识别方法研究
12
作者 余桐奎 时胜国 +1 位作者 刘文帅 谌勇 《噪声与振动控制》 CSCD 2018年第5期12-20,共9页
为了有效地控制舰船瞬态噪声,主要从两个方面考虑:激励源和声传播,降低激励源能量,隔绝或减小振动、噪声和激励力的传递途径,而激励源传递路径识别的目的就是评判激励源振动能量传递的主次,进而为减隔振方案的实施提供依据。由于舰船瞬... 为了有效地控制舰船瞬态噪声,主要从两个方面考虑:激励源和声传播,降低激励源能量,隔绝或减小振动、噪声和激励力的传递途径,而激励源传递路径识别的目的就是评判激励源振动能量传递的主次,进而为减隔振方案的实施提供依据。由于舰船瞬态噪声产生的方式和途径多种多样,加之机械噪声的干扰,致使瞬态噪声激励源及传递路径的判别难度较大,为此,通过开展线谱提取技术、主分量分解和短时相关函数等算法的研究,结合振动-声传递路径的物理模型,从信息相似程度的角度,形成舰船瞬态噪声激励源传递路径识别方法,通过仿真研究给出方法的理论可行性,并以实船为试验平台,开展复杂结构的瞬态激励源传递路径识别试验研究,利用建立的瞬态噪声激励源识别方法,构建激励源振动至辐射声的物理模型,采用从外往内逐层分解的分析方式,准确获取了瞬态激励源振动至辐射声的主要传递路径,验证了该方法的工程有效性和实用性。 展开更多
关键词 声学 舰船 瞬态噪声 激励源 传递路径 短时相关函数
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基于量子行为粒子群算法的舱室噪声监测点优化布置
13
作者 郭强 时胜国 何辉辉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS 2024年第8期1488-1496,共9页
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,... 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。 展开更多
关键词 测点优化布置 舱室噪声在线监测 量子行为粒子群算法 声腔模态 模态置信矩阵 水下辐射噪声预报 声场预报 声激励
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Underwater patch near-field acoustical holography based on particle velocity and vector hydrophone array
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作者 HU Bo YANG DeSen +3 位作者 LI SiChun SUN Yu MO shiQi shi shengguo 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2012年第11期2010-2017,共8页
One-step patch near-field acoustical holography(PNAH) is a powerful tool for identifying noise sources from the partially known sound pressure field.The acoustical property to be reconstructed on the surface of intere... One-step patch near-field acoustical holography(PNAH) is a powerful tool for identifying noise sources from the partially known sound pressure field.The acoustical property to be reconstructed on the surface of interest is related to the partially measured pressure on the hologram surface in terms of sampling and bandlimiting matrices,which cost more in computation.A one-step procedure based on measuring of the normal component of the particle velocity is described,including the mathematical formulation.The numerical simulation shows that one-step PNAH based on particle velocity can obtain more accurately reconstructed results and it is also less sensitive to noise than the method based on pressure.These findings are confirmed by an underwater near-field acoustical holography experiment conducted with a vector hydrophone array.The experimental results have illustrated the high performance of one-step PNAH based on particle velocity in the reconstruction of sound field and the advantages of a vector hydrophone array in an underwater near-field measurement. 展开更多
关键词 近场声全息 矢量水听器 粒子速度 阵列 水下 补丁 近场测量 属性相关
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Robust direction-of-arrival estimation method with high accuracy for single vector sensor
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作者 LIU Aifei YANG Desen +2 位作者 shi shengguo LI Sichun LI Ying 《Chinese Journal of Acoustics》 CSCD 2021年第1期80-94,共15页
The phase errors among the components of a single acoustic vector sensor cause the direction-of-arrival(DOA) estimation error of the existing methods.In order to address this issue,a DOA estimation method is proposed,... The phase errors among the components of a single acoustic vector sensor cause the direction-of-arrival(DOA) estimation error of the existing methods.In order to address this issue,a DOA estimation method is proposed,which is robust to the phase errors.The proposed method first utilizes the Hadamard product of the principal eigenvector of the covariance matrix of the received signal by the single vector sensor and its conjugate vector to construct the spatial spectrum in order to estimate the DOA of the underwater target.Since the Hadamard product eliminates the phase errors,this estimation is independent of the phase errors.However,it is ambiguous.Afterwards,the phase-error estimate is explored to eliminate the ambiguity and get the correct DOA estimate.The proposed method performs independently of the phase errors and obtains high accuracy.The simulation results and the experimental result demonstrate the proposed method is robust to the phase errors.Furthermore,in the presence of the phase errors,it performs better than the average acoustic intensity method,the CAPON method,and the MUSIC method,in terms of estimation accuracy.In addition,the simulation results indicate that the estimation accuracy of the proposed method approaches to the Cramer-Rao bound(CRB). 展开更多
关键词 ESTIMATION METHOD eliminate
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MUSIC-based direction of arrival estimation methods with virtual source elimination for single vector sensor in isotropic ambient noise
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作者 LIU Aifei YANG Deseng +1 位作者 shi shengguo ZHU Zhongrui 《Chinese Journal of Acoustics》 CSCD 2019年第4期459-473,共15页
In the scenario of isotropic ambient noise,the inequality between the noise powers of the pressure and velocity channels of a single acoustic vector sensor causes a virtual source for subspace-based methods,which seri... In the scenario of isotropic ambient noise,the inequality between the noise powers of the pressure and velocity channels of a single acoustic vector sensor causes a virtual source for subspace-based methods,which seriously degrades the performance of the conventional multiple signal classification(MUSIC) method.In order to solve this problem,an increased-rank MUSIC method and a weighted-amplitude MUSIC method are presented.The increased-rank MUSIC method augments the dimension of the signal subspace to eliminate the effect of the virtual source.Among the increased-rank,weighted-amplitude,and conventional MUSIC methods,the increased-rank MUSIC method gains the highest estimation accuracy in the cases of one source.Moreover,its performance approaches to the the Cramer-Rao bound(CRB).However,it fails in the case of two sources.The weighted-amplitude MUSIC method weights the amplitude of the received signal to eliminate the virtual source and it can identify two sources. 展开更多
关键词 MUSIC noise estimation
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Investigation on bubble dynamics characteristics and power spectral variation in acoustic field 被引量:1
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作者 YANG Desen shi Jie +3 位作者 shi shengguo ZHANG Haoyang JIANG Wei JIN shiyuan 《Chinese Journal of Acoustics》 2013年第2期115-132,共18页
Based on Keller-Miksis model, the influences of multiple control parameters, such as acoustic pressure amplitude, acoustic frequency and bubble radius at rest, on the complicated dynamics characteristics of nonlinear ... Based on Keller-Miksis model, the influences of multiple control parameters, such as acoustic pressure amplitude, acoustic frequency and bubble radius at rest, on the complicated dynamics characteristics of nonlinear bubble oscillation driven by acoustic wave are discussed by utilizing a variety of numerical analysis methods, and the restrictive relationships among different parameters are analyzed. It is shown that chaotic state can occur only in the condition of all of the parameters in the suitable threshold, as the same time, chaotic state is the result of interaction of multiple control parameters. Fhrthermore, the power spectral expansion and energy conversion are existed in this nonlinear system. It is certified that the stronger acoustic pressure amplitude, the greater the sub-harmonic energy, besides, the energy attenuation of fundamental harmonic is also much greater.PACS numbers: 43.25, 43.35, 05.45 展开更多
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