An Anti-multipath Frequency Hopped Communication Technique in Shallow-water Acoustic Channels

This paper introduces a frequency-hopped (FH) communication system to anti-intersymbol interferences (ISI) caused by the multipath propagation in shallow-water acoustic channels, and uses high-speed digital signal processor (DSP) and serial ADC (MAX121) chip to demodulate received signal efficiently based Fast Fourier Transform (FFT) algorithm. The field experimental results show: a data rate of 1Kbit/s with the bit error rates on the order of 10 -4 is demonstrated at 2000 m in the shallow-water acoustic channel of Xiamen harbor, and the key techniques of the system is analyzed in the paper.

PROGRESSES MADE IN EXPERIMENTAL STUDIES OF SHALLOW-WATER ACOUSTICS

Acomprehensive experiment on shallow water acoustics with the inseparable combination of the acoustical and oceanographic means, which is uncommon internationally, was conducted successfully in the Far Yellow Sea by a group of Chinese and U.S. scientists from August 21 to September 1,1996. The basic task of ocean acoustic research is to study the interaction between sound wave and ocean media, which includes exploring the laws of influence due to spatial and temporal variability of the ocean environment, such as ocean surface waves,inhomogeneity of sea water and sea bottom struc-

用于水声目标识别的自适应免疫特征选择算法

针对水声目标小样本识别中样本数目有限而特征数目不断增加,导致分类系统分类性能下降的问题,提出了一种新的自适应免疫特征选择算法(AIFSA).该算法先利用先验知识生成初始种群,接着利用交叉、变异和新的自适应免疫算子指导种群进化,每代中对分类贡献大且选择特征数目少的个体适应度值高.AIFSA具有可以利用先验知识、收敛速度快以及优化特征子集维数小的优点.提取了实测4类水声目标的多域特征,进行特征选择和分类识别仿真实验,结果表明:AIFSA可以选择有效特征子集,在特征维数下降60%的情况下,支持向量机分类器的平均正确分类率下降很小;AIFSA与标准遗传算法相比,收敛快、稳定,所得优化特征子集具有更高的正确分类率和更好的范化性能.

基于Kraken模型的海洋声场及相干性分析

海洋环境的复杂性和多变性严重影响着水下信号处理系统的性能,海洋声场研究及其相干性分析利于海洋中声纳设备有的布放,为海洋环境的相关场分析和声场的战术运用提供理论依据。射线模型、简正波模型、抛物线等模型分别适合于不同的海洋声场环境,以Kraken简正波模型为基础,完成对不同频率下典型的海洋声场计算与分析,得到不同条件下声场的传播损失图。海洋声场相干性分析侧重于声场水平纵向相干及垂直相干研究,结合其结构产生分别对纵向相干与声源深度及垂直相干与阵元间距等因素的关系展开讨论。研究表明:对不同频率下的声场传播损失的分析及海洋声场的水平纵向相干、垂直相干等问题的探究能够为海洋环境的相关场分析和声场实际应用提供一定参考。

基于FIR数字滤波器的宽带噪声数值模拟

各种水声信号处理方法的性能分析和检验,都要求用数值模拟方法产生环境噪声场。分析了海洋环境噪声的空间相关性,基于噪声源的远场非相关假设,提出了一种任意空间分布宽带噪声场的数值模拟方法,该方法的关键是采用FIR数字滤波器实现高精度连续时延。对空间均匀各向同性噪声场的数值模拟结果显示,其空间相关特性及空间角度谱与理论分析基本一致,表明该方法是有效的。

LADCP配置文件和数据质量控制的参数设定

为在海洋调查中更好的使用LADCP获取现场观测资料和从观测资料中获取更真实的流速信息,详细阐述了LADCP投放前配置文件和后期资料处理中数据质量控制的有关问题,给出了相关参数设置的依据,阐述了各个参数设置的不同影响,为今后外海调查提供参考。

用正交偶极阵列声波测井研究地层地应力场

提出了一种利用正交偶极子声波测井资料计算地层主应力的新方法。该方法利用了当地层地应力不均衡时,横波发生双折射形成快横波和慢横波的物理特征,在应力不均衡井段建立快、慢横波应力-速度方程。通过岩心实验确定了快、慢横波应力-速度方程的耦合系数,从而计算地层最大、最小水平主应力数值,并从理论上证明了快横波传播方向与最大水平主应力方向一致。应用该方法,对大港油田碳酸盐岩地层进行了地应力评价,并用成像测井对评价结果进行验证,结果证明该方法有效。

船舶球鼻艏导流罩声障板参数对艉部声场的影响

本文研究了声障板相关参数对球鼻艏导流罩内声纳艉部声场的影响。对某舰缩比模型罩建立了有限元模型,然后运用有限元法声学分析软件,计算了某些频率下声源定向发射的声衰减特性和声场特性。计算结果与已进行的模型罩消声水池的试验结果吻合良好。

利用三角形前向展开法追踪温度梯度场中的声线路径

声波在温度梯度场中传播路径的弯曲效应是影响声学法温度场重建精度的一个重要因素,因而有必要弄清温度梯度场中声波的真实传播路径。二维声线追踪的三角形前向展开法,以几何声学为理论基础,对空间进行三角形划分,由斯涅尔法则确定声线路径。该文使用二维空间中的三角形前向展开方法,对二维温度梯度场中的声线轨迹进行追踪,并分别在具体的单峰对称温度场和单峰偏斜温度场模型中,对该声线追踪算法进行了仿真计算和分析。仿真结果表明,温度梯度场中的声波路径发生了明显的弯曲,并且由高温区域向低温区域弯曲。仿真结果与理论结果是一致的。

基于SD卡的水声信号采集系统设计

针对宽频带水声信号长时间高速采集与实时记录的难题,设计了以大容量SD卡作为存储介质的水声信号高速采集与大容量实时存储系统。该系统通过在嵌入式系统中应用SD2.0协议和改进的FAT32文件系统,重点解决了大容量数据实时存储的难题。海洋实验结果表明该系统设计合理,使用方便,工作可靠,能够满足工程需要,并具有较强的通用性和扩展性,工程应用前景广阔。

基于FPGA和SD卡的水声信号高速采集与存储系统设计

针对目前较高频率水声信号数据难于实时获取的局限,提出了一种基于SD卡和FPGA的高速大容量水声信号采集与实时存储系统设计,设计中采用单片机作为主控单元,SD卡作为存储介质,FPGA作为数据采集和SD卡之间的高速接口,FAT文件系统作为数据存储形式。该设计具有体积小,可高速实时存储,存储容量大,通用性强,易于扩展升级等特点,已在某水下航行器辐射噪声信号获取中得到成功运用。

近场声全息中的声场分解技术

为了系统地探讨偏相干分解和奇异值分解方法在工程上的适用范围,研究了参考传声器布置位置、各声源幅值水平差异和测量噪声等因素对这两种方法的影响。结果表明,在正确使用参考传声器信号排列顺序的前提下,偏相干分解方法的分解效果要优于奇异值分解方法,最后通过音箱试验证明了这个结论。

单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪的设计与实现

海洋环境噪声是海洋声场的背景场,通常被当作干扰项,许多国家纷纷投入力量,开展海洋环境噪声数据获取、分析及噪声场建模工作。针对海洋环境噪声的测量,同时为了满足设备在水下较长时间工作,设计了一种基于ARM芯片的海洋声信号高速数据采集系统,即单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪,集成温度传感器、压力传感器和同步模块,具备定时和连续两种工作方式。采用ARM Cortex-M3微控制器LPC7168控制24位AD芯片ADS1271实现声信号采集,最高采样速率可达50 k,采集的AD数据以文件格式存储在SD卡(容量256 Gbyte)中。采用单片机PIC12F509作为值班电路,PIC12F509在控制系统工作时作为看门狗使用。经过实验室试验和湖试,验证系统工作稳定,数据采集存储正常,在消声水槽完成与DSG比测试验,通过对回放数据的分析,验证采集数据一致性较好。试验证明声信号测量仪是获取海洋环境噪声的重要设备。

大型航空声学风洞消声室建设与校测

风洞试验是进行民用飞机机体噪声研究的重要手段。为了满足航空飞行器低噪声设计在大型风洞中进行气动噪声试验的需求,中国航空工业空气动力研究院建设了FL-10大型低速风洞全消声室。通过在FL-10风洞试验大厅壁面安装吸声尖劈、对洞体外表面进行声学处理、对支撑系统进行隔声处理、对消声换气窗进行降噪处理等手段,建成了气动噪声风洞试验所需的声学环境。按照国家标准中给定的方法,利用张线方法实现了校准声源的布置,测量了消声室内沿不同路径、不同频率噪声的衰减规律,表明FL-10风洞消声室自由场特性达到了相应标准的要求,为后续在该风洞中进行大尺寸机体模型噪声试验奠定了基础。

等效源法声全息中求解正则化参数的一种新方法

针对等效源法近场声全息声场重建中Tikhonov最优正则化参数选取问题,本文引入Bayesian正则化准则法进行求解,并与GCV法和L-curve法进行仿真对比分析。结果显示,Bayesian正则化准则法在宽频带内有优异的重建性能。进一步的计算及试验表明,该方法能够稳定准确地实现声场重建。

“头外定位”耳机声场增强系统及其DSP实现

耳机"头内定位"现象会产生不自然的声场,引起听觉疲劳。为此,本文设计并实现了具有房间混响效果的"头外定位"立体声增强系统,使用头相关传递函数(HRTF)对信号滤波,并加入混响,以模拟房间内的立体声扬声器,产生"头外定位"声场,使听觉感受更加自然,从而有效地解决了"头内定位"问题;同时,为了减少声场增强系统的存储量和计算复杂度,本文用共声学极点/零点模型(CAPZ)表示HRTF,并简化混响生成算法。最后,本文在Blackfin533 DSP上对声场增强系统进行了具体实现。实验结果表明,该系统所需的存储空间小,计算复杂度低,能对立体声音频信号产生良好的空间增强效果。

高校声像档案管理模式创新研究

声像档案是高校档案资源体系的重要组成部分,在记录学校的发展历史、再现历史原貌等方面有着不可替代的作用。当前高校声像档案管理面临着诸多困境,应该提高管理意识、健全管理制度、完善声像档案数据库、融合互联网技术、开发声像档案新模式,从而规范声像档案的管理,提高声像档案归档质量。

热声热机系统声场研究

从热声热机的驻波热声效应机理出发,系统地研究了其中的声压和声速的相位关系式,指出实际的热声热机系统声场为驻波和行波混合声场,要提高循环效率,必须采用不同的循环气体和热声叠来适当地控制其中的驻波比。

浅海低频声场水声信号时间相关性研究

起伏的声场接收信号是时变的,浅海声场的时间相关性研究有利于目标深度的判别以及水声信号的数据融合。研究浅海低频声场时间相关性以信号的自相关和互相关原理为基础,完成对信号时间相关半径、相关函数值的影响因素分析,得到不同声场条件下信号传播的作用结果。通过仿真比较在不同频率、不同信噪比条件下低频声场信号的相关性曲线,并结合实际海试数据进行验证。研究表明浅海低频声场随机扰动随着低频波长的增加而减弱,且信号时间相关性研究为声场的实际应用提供了一定参考。

房间隔声的声辐射度模拟计算

为计算房间之间的空气声隔声,提出一种基于声辐射度的隔声计算模型。通过房间之间的声辐射度传递,模拟房间隔声中的声传播,建立房间的声辐射度系统方程。通过辐射度方程的数值求解实现隔声房间的声场模拟,由此计算获得房间之间的隔声量。通过房间隔声的实测对比验证该隔声计算模型的正确性。对于不同条件的房间隔声模拟表明,当房间中声场扩散度较高时该隔声模型与统计声学模型的结果符合良好;当房间中的声场偏离扩散场时,该模型仍可准确计算房间隔声量,因而具有广泛的适用性。