矢量水听器阵列宽带相干信号方位估计研究

针对多径条件下相干声源方位估计问题,研究了矢量水听器阵列信号方位估计的 MUSIC 与 ESPRIT 方法,并通过空间重采样推广到宽带信号方位估计中。实船噪声的计算机仿真表明：6 元矢量水听器阵列可以分辨空间间隔不大于 15o 的 2 个目标,并可利用相干信号子空间方法解相干源,在声引信多目标分辨中有应用前景。     

一种新型水下声学浮标在目标探测中的应用

针对海上目标探测问题, 将矢量水听器和Argo浮标相结合, 可构建一种具有水中目标探测能力的新型水下声学浮标平台。该浮标平台可多次上浮和下潜, 具有在位时间长、隐蔽性能高、成本低等特点, 单台水下声学浮标即可实现海上目标探测, 利用多台水下声学浮标可快速形成大面积区域覆盖能力。为进一步验证水下声学浮标对海上目标探测性能, 2019年8月在南海海区开展了多台水下声学浮标海上试验, 数据处理结果表明: 南海夏季典型声速剖面下, 水下声学浮标对船长42m航速8.4kn的水面航船目标最远探测距离可达13.8km, 目标估计方位均方根误差最优可达5°, 在水面航船距离最近的1.9km处, 目标估计方位标准差可达2°。     

数据融合在矢量水听器目标定向估计中的应用

结合多传感器数据融合技术和矢量水听器的目标定向原理,提出了一种水下目标定向估计的改进算法.该算法仍然具有声压阵速联合信息处理所具有的抗各向同性非相干干扰的能力.针对传统平均声强器采用算术平均方法估计被测目标声强的缺点,充分利用被测样本数据,采用基于方差的加权优化数据融合方法估计声强.仿真实验说明,定向融合算法在目标方向0～3600范围和噪声0～15 dB的情况下,比传统的平均声强器具有更高的定向精度.对水下目标检测工程有重要的应用意义.     

基于单矢量水听器四种方位估计方法

单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。     

仿生水听器设计、制造与测试

根据仿生鱼类侧线细胞纤毛原理,设计、制造并测试了一种新型双纤毛压阻水听器,用于检测水下声信号.与传统的压电水听器相比,这种水听器具有体积小和矢量性的优点.利用聚氨酯仿生细胞壁作为透声帽,利用硅油模拟细胞液和压阻微梁模拟感觉纤毛三层拾振结构,从而提高纤毛式水听器的可靠性.封装以后的纤毛式水听器采用振动台和矢量水听器校准系...     

基于纳机电矢量水听器的水下目标估计

纳机电矢量水听器是一种新型的声音传感器,根据鱼类侧线听觉仿生学原理设计.文中对这种传感器的定向功能进行了研究,综合国内外各种文献中的几种单矢量水听器定向算法,选取了波束形成法应用于纳机电矢量水听器.并对水听器的测向功能进行了室外水库测试,实验结果表明:在室外水库较复杂的环境中,纳机电矢量水听器能够实现声目标定位,为下一步的海洋真实环境测试打下基础.     

MUSIC算法在矢量水听器阵中的应用研究

文中推导了阵元为矢量水听器时的MU S IC算法。对直线阵情况进行了计算机仿真,结果表明,矢量阵MU-S IC算法与声压阵相比具有更高的方位分辨力。     

一种矢量水听器浮标补偿角挑选方法

矢量水听器浮标在海上试验时一般需用到真方位、声学方位、罗经值 3 个参数，但罗经安装过程中很难正对大地坐标系正北方向，海上试验前一般都需要校准。针对这个问题，采用了直方图的方法挑选矢量水听器浮标补偿角，挑选出的补偿角用于海上试验时声学测向角度补偿，保证声学方位测量的准确性。     

纳机电矢量水听器二元阵的实验研究

纳机电矢量水听器根据鱼类听觉器官侧线设计,是一种新型微纳结合的纤毛式水声矢量探测仿生结构。以往关于纳机电矢量水听器的定向研究都是基于单个水听器的,方位角出现了左右舷模糊,波束图的主瓣宽度较宽。为提高水听器的性能,改进了其敏感单元和封装方式,经国防科技工业一级测量站标定,其频率响应范围为20~2 000 Hz,灵敏度为-165 dB。为解决左右舷模糊,采用二元阵进行定向,水听器的两路输出信号被校准一致后,在某开阔水域进行了纳机电矢量水听器二元阵的实验研究,验证了纳机电矢量水听器二元阵水平沿X轴放置时能够唯一确定目标的方位角,但是俯仰角出现了左右舷模糊;对低频信号的定向能力较强;具有可靠的跟踪水下运动目标能力。     

基于虚拟仪器的水下目标二维角估计

利用LabVIEW软件，通过8通道数据采集卡和均匀圆阵对水下目标的噪声进行采集和处理。结合一维直线阵波束形成理论，实现了对水下目标二维方向角估计实验研究和算法验证。实验证明利用虚拟仪器方便地实现了对水声信号的采集、处理，以及在方位估计时，为传感器布阵和算法的确定提供参考。