基于改进粒子群算法的矢量水听器多目标方位估计

为了研究单矢量水听器多目标方位估计能力,分别利用互谱声强法、MUSIC算法及信号统计量方法对多个目标方位进行估计。互谱声强法可以估计出多个不同频的单频目标方位,但对于频谱混叠的目标无法分辨;MUSIC算法可以分辨单频和宽带目标,但利用单矢量水听器最多可估计2个目标方位。为此,针对文章提出的信号统计量方法,构建了声压和振速的统计量模型,将其与粒子群优化算法及改进算法相结合,实现了基于改进粒子群算法的多目标方位估计。对多个单频和宽带信号目标进行仿真分析,结果表明,进粒子群算法具有良好的估计效果;对3种方法的估计结果进行比较,验证了改进粒子群算法有较好的适用性。通过对2022年千岛湖试验数据的处理再一次验证了算法的有效性。

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。

基于压差式矢量水听器的目标方位估计

压差式矢量水听器不但能测量声场中质点的声压信息,同时也能测量质点的振速信息,这一特征使其能对声场中的目标进行方位估计。根据复声强定向原理对水下目标进行定位跟踪,试验结果表明,定位误差很小,效果良好。

仿生矢量水听器水下监测记录装置

介绍了仿生矢量水听器水下监测记录装置的结构与功能,该装置使用FPGA控制ADS8365来采集两个仿生矢量水听器的声压与振速信号,并将采集到的数据用Flash进行存储,在实验完毕后将数据通过USB口读出,本系统也可以实现水声数据的实时监测与传输;为分别从方案设计、硬件实现及软件系统等方面进行了详细的研究和描述。

浅海中单矢量水听器高分辨方位估计方法

为了提高单矢量水听器高分辨方位估计在浅海环境中的性能,充分考虑信道对声传播的影响,将海洋声传播物理模型与稳健自适应波束形成方法相结合,并根据单矢量水听器阵列流型的特点提出了基于简正波理论的单矢量水听器矢量最优化算法,实现了单矢量水听器的高分辨方位估计。计算机仿真结果表明,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信号和宽带信号的高分辨方位估计,并且在足够的信噪比下,能够达到无偏估计。海试数据处理结果验证了算法的正确性和有效性。

MEMS矢量水听器声压通道封装技术研究

为了更全面地获取水下声场信息,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)矢量水听器常需集成声压敏感通道来提升单个换能器性能,MEMS矢量水听器的敏感芯片采用的是MEMS工艺制备完成,其封装必须与水隔离,传统的橡胶灌封方式会破坏MEMS敏感芯片的机电性能,故MEMS敏感芯片常采用油封的方式,如硅油/蓖麻油。相反,对于MEMS矢量水听器声压通道的封装技术却不尽相同。文章选择给定尺寸的沿径向极化的压电陶瓷圆环,针对低频5~2000 Hz的探测频带需求,对比了两种不同封装形式,即聚氨酯密封和硅油作为耦合剂的聚氨酯密封,对声压通道接收灵敏度的影响规律。首先,建立了四种仿真模型,分析了不同形式下,接收灵敏度的变化规律。接着,设计了聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封两种封装结构,并制备了实物。最后在驻波管中对两种封装形式的压电陶瓷圆环进行了接收灵敏度标定。结果显示,聚氨酯灌封和硅油耦合聚氨酯密封对声压通道的接收灵敏度特性影响不大,实操过程中要注意两种方式的工艺复杂度区别。

矢量水听器改进高分辨Eigenspace算法

针对传统高分辨方位谱估计算法在水声低信噪比环境下性能较差,且对相干源的方位估计性能显著下降的问题,本文在Eigenspace算法的基础上,提出了基于声矢量阵声压振速联合处理的Eigenspace-Wiener算法和空间平滑的Eigenspace-Wiener算法。本文将常规Eigenspace算法的推广应用于声矢量阵,采用维纳后置滤波算法,可以有效降低旁瓣;针对相干源,进行空间平滑处理后采用维纳后置滤波算法,可以增强解相干能力且抑制噪声。计算机仿真结果表明:Eigenspace-Wiener算法较Eigenspace算法旁瓣更低;空间平滑Eigenspace-Wiener算法相对于空间平滑MUSIC算法具有良好的相干目标分辨性能。

基于单矢量水听器的两种方位估计方法

单矢量水听器能同时检测声场的声压和振速信息，可以估计目标方位，相比于常规声压水听器有很多优势。分析了加权平均法和平均声能流法两种定向算法的物理基础及优缺点，并用两种方法处理了某海域海上实验数据。两种算法的处理结果高度吻合，证明了两种算法的正确性和实用性。实验结果表明加权平均法可同时探测多个目标，而平均声能流法仅适用于单目标的情况，但运算量小。

单矢量声压水听器方位估计及海试验证

由于矢量水听器和声压水听器能够分别拾取声场中的振速及声压信息,因此两者组成的单矢量声压水听器就可以实现目标方位的估计。介绍了方位估计方法中的柱状图法,详细介绍了该方法的原理,并通过对单矢量声压水听器海试结果的处理和分析,验证了该方法在目标方位估计及多目标识别上的有效性。