用信号处理的一般原理分析压差水听器的空间增益

压差水听器是水声矢量水听器的一种实现形式,同振球则是另一种实现形式.看起来这两种矢量水听器很不相同,其实它们在功能和物理基础上似乎并没有太大的差别.压差水听器的数学模型比较简单,便于数学分析.作为一个事例,本文用信号处理的一般原理,分析压差水听器的空间增益.类似地,声强靠处理器、双水听器最优处理器、矢量水听器阵的信号处理增益,都可以用信号处理的一般原理进行分析.

改进的压差式水听器侦察声纳角度测量方法

压差式矢量水听器是现有侦察声纳体制之一,但是其角度测量原理假设阵元间隔远小于波长,严重地影响了测角精度,因此需要对压差式矢量水听器的角度测量方法进行改进。提出两种角度测量的改进方法,一是压差矢量幅比反函数多项式拟合方法,通过对压差矢量幅度比与角度函数的反函数多项式逼近,利用压差矢量幅度比估计角度;二是比相测角信息融合方法,利用余弦偶极子和正弦偶极子分别进行比相测角,采用角度的预估值确定融合比,对两个比相结果进行信息融合。仿真结果验证了两种改进方法的有效性。

单个压差式矢量水听器MVDR波束形成的优化研究

从矢量水听器和声压阵两个角度,研究了单个二维压差式矢量水听器的最小方差无失真响应(minimum variance distortionless response,MVDR)波束形成的优化技术。针对压差式矢量水听器半径波长比大于0.1时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出了一种修正的单个压差式矢量水听器MVDR波束形成处理方法。仿真和湖上试验的结果表明:修正的压差式矢量水听器MVDR处理方法对阵元间距的变化具有更好的稳健性;在半径波长比小于0.1时具有更好的估计性能,在半径波长比大于0.1的一定范围内依然具有良好的方位估计能力。

单压差型矢量水听器方位估计的优化研究

针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类(MUSIC)算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型,提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度,且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明,单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能,修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的,且其估计性能优于原MUSIC方法。

基于二维压差式矢量水听器源估计误差分析

由于组成二维压差式矢量水听器的4阵元间的幅频和相频响应不一致造成了其运用声能流进行方位估计时会产生误差,而这一误差大小对二维压差式矢量水听器的制作和实际工程有很重要的意义。因此将针对二维压差式矢量水听器声能流方位估计误差进行了推导和分析。文章主要分为以下4个部分:①二维压差式矢量水听器的结构;②声能流方位估计的原理;③分析了由于组成二维压差式矢量水听器的各声压水听器不一致导致的方位估计误差;④对信号方位角度为30°时,在不同信噪比条件,4声压水听器不一致情况进行了方位估计误差仿真。文中给出了仿真结果。仿真结果表明在相同信噪比条件下,由于相位偏差对压差式矢量水听器方位估计产生误差远大于由于幅度偏差而产生的方位估计误差。

压差式矢量水听器方位估计中的干扰抵消

矢量水听器由于能获取声场中标量(声压)和矢量(振速)信息,因此单个的矢量水听器就可实现目标方位估计。单个矢量水听器是利用信号的声压和质点振速之间相关性进行信号方位估计,但是当存在干扰,并且干扰和信号之间相关时,如果对运用能量流进行方位估计的方法不加改进,则会出现很大的误差,甚至出现错误的估计。本文提出一种存在已知噪声干扰情况下的干扰抵消方法,并针对该方法进行了仿真试验,最后运用湖试数据进行了验证。结果表明,该方法能有效地减弱相干干扰对信号的影响,实现对信号的方位估计。

基于压差式矢量水听器的多目标分辨

矢量水听器是一种既能测量声场中的声压信息,又能测量声场中的振速信息的换能器。矢量特性使得单个矢量水听器就可以实现信号的方位估计,但是传统的矢量水听器处理方法只是利用了信息量增加这一优点,因而提出了一种利用单个压差式矢量水听器进行非相关目标方位估计方法,该方法有效利用声场中声压和质点间振速之间的互相关性,仿真和测试结果表明该方法能有效地进行双目标分辨。

压差矢量水听器阵波束形成的优化

以各向同性噪声作为背景噪声场,对矢量水听器阵波束形成的优化方法进行了系统的研究。在分析各向同性噪声场中声压、振速相关性的基础上,利用最大信噪比准则推导了基阵的最佳增益与噪声场特性和阵列流形之间的关系,提出利用最佳增益权对阵列接收信号进行波束形成处理。通过对矢量水听器阵进行分解,将最佳增益波束形成引入矢量阵信号处理中。以二维压差矢量水听器阵作为接收基阵进行了仿真计算和湖上试验,结果表明,矢量阵的最佳增益波束形成可以获得性能更优的波束和更大的空间处理增益。

压差式光纤矢量水听器声压相位灵敏度研究

该文介绍了压差式光纤矢量水听器及其基元的工作原理,并分析了光纤层等效处理对仿真结果的影响。基于有限元法对压差式光纤矢量水听器的基本性能进行了仿真分析,根据仿真模型所选定的参数研制压差式光纤矢量水听器样品,并对样品在频率为20~1000 Hz时进行了测试。测试结果表明,声压相位灵敏度的仿真计算结果与实验测试结果基本一致,平均差值约为1.0 dB。研究结果表明,采用有限元法对压差式光纤矢量水听器的声压相位灵敏度进行仿真具有可行性。