全球导航卫星系统-声呐组合观测模型分类体系

本文回顾了海底大地测量全球导航卫星系统-声呐观测模型近二十年来的发展,以声速误差处理为主线给出了全球导航卫星系统-声呐观测模型的分类体系,按函数模型、随机模型和约束条件进行了归纳,探讨了未来发展方向。研究表明:测距定位模型无需现场声速剖面测量,但需解决声速垂向梯度影响的有效参数化估计或改正问题;海底大地测量更为关注声速时空变化对观测值影响,为此推荐采用声速场误差加性补偿模型及其导出的声速场参数间接估计模型;海底局域网阵列存在类似共模环境误差,具有提升海洋环境参数估计及海底定位精度的能力。

自由场中大尺寸有源微穿孔板吸声器的低频吸声性能

大尺寸有源微穿孔板吸声器的低频吸声性能依赖于入射声场环境,故在现有管道声场的研究基础上,探究了其在自由场环境中的有源吸声性能.首先,引入随位置变化的声压反射系数表征非局部反应表面在垂直入射平面波激励下的反射声场,并结合模态分析法建立理论模型.其次,从空腔声模态对入射波的反射作用及对声吸收的贡献度揭示了自由场中有源吸声的物理机制,构建了误差传感策略.最后,实验验证了理论模型与所获结论的正确性.研究表明:入射波激励起的(0,0,0)空腔声模态,其幅值越大对入射波的反射作用越强;控制源抑制该声模态并使其幅值降到最优值时,它不再反射并会大幅吸收入射波,低频吸声性能显著提升.但控制源激发的高阶空腔声模态对入射波起完全反射作用,将阻碍控制性能的提升.故相比于管道声场,自由场中的有源吸声性能有所减弱.控制源在抑制(0,0,0)声模态的同时能确保不大幅激起高阶声模态时,声压释放和阻抗匹配传感策略对自由场环境仍然适用.

海面非对称航迹对海底定位精度影响分析

海底基准点定位精度和可靠性均与定位几何构型有关。为探讨海面非对称走航条件下声学测距误差对海底基准定位的影响,从声速误差影响函数出发,构建了顾及定位精度与系统误差影响的海面-海底控制网综合优化准则。考虑声速场常系统误差和声速场时变系统误差,开展了非对称走航观测仿真实验。结果表明:关于海底基准点中心对称的海面控制网,可以将声速场常系统误差的影响降到最低,而声速时变系统误差对海底基准点定位的影响,会随着定位构型几何强度的衰减在水平、高程分量间相互转化。

海洋内波对海底精密定位的影响

全球导航卫星系统-声呐组合观测技术通常基于具有固定结构的声速剖面实施;由于海洋密度分层导致的内波会导致海洋声速场时空变化。本文探讨了海洋声速误差对水下定位的影响,仿真不同内波影响条件下的四维时空声速场变化,在此基础上,分别研究了具有固定声速结构的静态声速剖面时,海洋内波对水下定位的影响和采用估计海洋声速梯度的水下定位模型时,海洋内波引起的海洋声速时空变化参数估计问题,验证了该模型可以提取海洋内波影响。研究表明:海底定位精度与内波的振幅、频率、波长等紧密有关,且定位误差主要来源于大尺度低频内波,而小尺度、高频内波更多表现为随机误差从而影响观测精度;而水平梯度刻画极为复杂,单船载观测难以实现,需要进行多载体联合观测。

自由声场自适应有源噪声控制中误差传感器的布放

合理地布放误差传感器可以减小自适应有源噪声控制系统的复杂性，提高降噪量。本文研究了自由声场条件下误差传感器布放与ＡＡＮＣ系统降噪效果的关系，从理论和实验两个方面总结了自由场误差传感器布放规律。

测量系统误差对声场重构精度影响与修正方法

分析了由声全息测量系统的幅值和相位误差而导致的全息复声压测量误差,推导出因这两类误差而导致的声场重构误差近似公式,提出了基于测量系统通道间传递函数的声场重构误差修正方法,给出了简洁的全息重构误差修正公式。用修正后的全息复声压重构出的声场与真实声场及重构误差之间具有简单的实比例关系和相同的分布,仿真算例验证了修正方法的有效性。

阵列形式及阵元失效对统计最优近场声全息重建结果的影响分析

为探究阵列形式以及阵元失效两种阵列因素对声场重建结果的影响,基于统计最优近场声全息(Statistically Optimal Near-field Acoustical Holography,SONAH)理论,仿真计算了网格阵列、圆形阵列、均布非规则阵列的声场重建结果。得出:网格阵列和均布非规则阵列都能准确识别声源位置,圆形阵列不能用于SONAH声场重建;模拟研究了典型失效模式下阵元失效产生的影响,结果表明:阵元失效后在失效点处会出现伪声源,其大小与失效点和声源距离有关。由此给出并分析了阵元失效的补偿方法,基于该方法对典型失效模式进行了算例仿真并分析计算了重建误差限,结果显示:采用该方法能消除伪声源,较好地识别声源位置。从而验证了该方法的有效性,为实际工程测量提供了指导与借鉴。

室内声场扩散程度对测定吸声系数影响的研究

混响法测定吸声系数理论上要求室内声场扩散均匀,但实际的声场扩散并非理想;室内声场扩散不均匀是混响室法测定吸声系数误差的主要原因之一,从混响室内声场不均匀对测定吸声系数的影响进行了分析,说明了混响室内采取有效扩散措施的必要性。

基于遗传算法的指向性声源自适应有源消声系统优化

详细讨论了自由声场自适应有源噪声控制（ＡＡＮＣ）中，初级源为无限大刚性障板上的圆面活塞辐射器，采用一个和二个点源做次级声源时，使ＡＡＮＣ系统获得最大降噪效果的次级声源和误差传感器（以下统称为执行元件）的布放问题，并利用遗传算法（ＧＡ）确定次级源和远场误差传感器的最优位置。通过理论分析和计算机仿真结果的比较，证明了采用遗传算法可以准确地得到传统的梯度搜索优化算法难以得到的位置优化解。

快速多极子边界元法在吸声材料声场计算中的应用

对快速多极子边界元法中多极子展开式的数值计算进行了研究,建立四点单级传递关系与多级传递关系模型。通过与格林函数及其法向导数理论值的比较,考察两种传递情况下,多极子展开式在吸声材料介质及空气介质中的计算精度。结果表明,复波数展开式的求解精度与截断项数的大小相关,而且当复波数虚部值与展开点间距离乘积过大时,展开式值开始与真值相背离。最后提出了解决此问题的两种方法。此外,以膨胀腔阻性消声器传递损失计算为例,验证了该方法的有效性与可行性。

多球形虚拟源强PNAH声场重建精度的影响因素分析

为了进一步提高Patch近场声全息数据外推精度,研究采用多球形虚拟源强的布置方法进行全息数据外推,该外推方法具有实施简单、外推精度高的特点,并通过数值算例验证了该方法的有效性.在利用多球形虚拟源强进行声场重建时,由于多虚拟球的布置方式的不确定性,为了更好地提高重建精度,必须要分析声场重建精度的各种影响因素,通过理论分析和数值仿真,从而获得提高重构精度的规律.

近场声全息技术研究的若干关键问题

本文对近场声全息技术领域若干关键问题的研究进展进行了评述,包括近场声全息算法、全息面数据采集分析系统、全息面数据插值与外推、非平稳声场重建、全息重建误差分析等。对近场声全息所存在的问题进行了分析,并给出了问题的解决途径。还指出了今后的研究重点。

复杂声场环境下目标声源声场重建误差分析

针对目标声源在复杂声场环境下进行声场重建易受到其它声源干扰的问题,提出存在干扰源声场、散射声场及目标声源声场的混合声场环境下基于单面声场分离技术的目标声源声场分离及重建方法。首先,通过理论分析和公式推导,清除干扰源声场及散射声场的影响;然后,利用传递函数性质对声场分离及重建误差进行分析,并对计算公式中存在的奇异性问题予以消除,得到高分辨率的声场重建图像。数值仿真表明:利用常规的单面声场分离技术很难重建混合声场环境下目标声源的声场,而利用本文研究的声场分离及重建方法能够很好反映目标声源声场的实际情况,提高声场重建的精度。

声场重构的声辐射模态阶数分析

利用声辐射模态法对椭球状声源辐射声场进行重构,分析了模态阶数对相对误差的影响,以及模态阶数与频率的关系;同时深入探讨了声源形状变化对模态阶数选取的影响。研究发现利用较少的模态阶数即可得到很好的重构效果,且声源形状的变化对重构所需模态阶数的影响较小,因此可将该方法用于任意形状声源的重构,体现了此方法在声场重构中的优越性。

球体表面圆环阵模态域波束形成误差分析

模态域波束形成方法由于将波束形成器分为独立的2个波束形成器,可更有效地设计高阶期望波束,因而得到了广泛的关注。分析了球体表面圆环阵模态域波束形成过程中的误差传递。推导研究了不同阶数下,波束形成中的阵元误差、混淆误差和测量噪声,并对各种误差进行了计算机仿真,从原理上为设计高阶声场传感器及其性能分析起到了指导作用。

基于单元阻抗耦合法的声场重建

基于单元阻抗耦合法,研究封闭空间中的辐射声场重建问题。以长方体房间中三个单极子声源辐射声场为对象,首先在房间中建立包含三个单极子的矩形包络面,将房间分成两个完全独立的空间:声源空间(含声源)和接收空间(不含声源)。随后,将矩形包络面划分成若干个矩形单元,在声源空间中测量矩形单元的声压分布和声源阻抗,并在接收空间中测量矩形单元的接收阻抗。最后,用这三个测量值重建了三个单极子在接收空间形成的声场,实现了接收空间的声场重建。实验分析说明,当选取的矩形单元边长小于声音最小波长的1/5～1/3时,重建可得到稳定声场,且与实际声场相比误差很小。

地下管线探测仪校准方法的研究

本文结合在实际工作中的检定经验,主要探讨了管线探测仪校准方法。首先介绍了管线探测仪的现状和工作原理,其次重点介绍了管线探测仪标准场的设计、测量一致性、测量重复性、测位误差和测深误差的校准方法,最后对测深误差的不确定进行了评定。

虚拟声场用于测量智能音频设备采集指向性的可行性探究

为更好地满足智能音频设备声音采集指向性的测量需求,提高测量装置的灵活性和效率并降低测量装置的硬件成本,探究了利用虚拟声场来测量智能音频设备声音采集指向性的可行性。虚拟声场采用矢量合成的方法合成。通过声场仿真实验对比了虚拟声源和真实物理声源在声场辐射指向性方面的差异。通过实际测量实验对比了一款声像仪在采集定位虚拟声源和真实物理声源时的指向性差异。声场仿真数据结果表明,双扬声器夹角越小,虚拟声源越容易形成与真实物理声源逼近的声场辐射指向性。频率越低,虚拟声场与真实物理声场辐射指向性逼近的甜点区范围越大。实际测量实验结果表明,频率越低,声像仪采集虚拟声场指向性性能逼近采集物理声场指向性性能。双扬声器夹角在22.5°时,声源频率低于2 kHz时,声像仪采集虚拟声场的方位角精度小于3°;声源频率高于4 kHz时,声像仪难以精准采集虚拟声场的声像方位。虚拟声场可在中低频范围内满足音频设备声音采集指向性的测量要求,可用于灵活地设置复杂虚拟声环境来测量智能音频设备声音采集指向性。

波叠加声场重构精度的影响因素分析

波叠加法是利用等效源的思想来求解声辐射问题的一种数值方法.其原理并没有确切地规定如何配置等效源.正由于这些不确切性的存在,当将它应用到声场重构时,有必要检验重构的准确性,分析影响重构精度的各种因素,目的是通过分析而获得一些提高重构精度的规律.通过理论分析和数值仿真,分析了各因素对重建准确性的影响.证明等效源必须配置在辐射体内部,而且最好能与辐射体表面共形;但测量面并不需要与辐射体表面共形,而且也不需要在近场测量;还发现,Tikhonov和TSVD正则化方法很适合与波叠加法结合用于声场重构.依据这些规律能更好地应用波叠加法进行声场重构,也将拓宽其应用范围.