东中国海声速剖面的经验正交函数表示与匹配场反演

利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面和声传播信号研究了海水声速剖面的经验正交函数（EOF）表示及其由匹配场处理方法反演的可行性和宽容性.反演中使用了垂直阵和水平阵两种阵形接收的宽带声信号.研究表明：声速剖面可用少数的几阶经验正交函数表示，利用垂直阵信号和水平阵信号都可较好地反演出海水声速剖面，而且对海底声速不敏感，具有较好的宽容性，反演出的海水声速剖面可用于低频信号的匹配场定位.     

深海声场的垂直相干特性

从实验上研究了深海环境中声场的垂直相干特性与海洋环境，频率，声源距离和深度，以及接收器深度和阵元间距等因素之间的关系，并通过数值模拟，分析了带限信号的垂直相干特性声源深度距离的变化，其结果可用于声目标定位。     

西太平洋远程脉冲声传播实验数据分析

2013年7月在西太平洋进行了一次远程声传播实验.实验使用水下150 m深的拖曳线列阵接收水下125 m深拖曳换能器发射的线性调频声信号(频带范围260–360 Hz),记录了收发距离为34–220 km,612–635 km和926–1029 km等三处的声传播数据;同时用锚系的深水垂直阵潜标接收了水下1000 m深度爆炸的爆炸声信号,最远传播距离达943 km.本文对上述远程脉冲声传播数据进行了分析,获得了深海远程会聚区传播损失曲线、深海声道传播损失及其随接收深度变化曲线,并使用PE模型和射线模型对上述远程脉冲声传播现象进行了理论分析和解释.     

大深度矢量水听器用于深海声传播测量的实验研究

矢量水听器可以同步共点地接收声场的标量和矢量信息,增加了信息的种类和数量,可以改善水声系统的性能.相比于标量声信号,矢量声信号包含更加丰富的声场信息,可应用于目标的识别和定位.为了获取深海声矢量信号,哈尔滨工程大学自行设计了大深度矢量水听器.2014年夏季,在某深海开展了一次深水矢量水听器远距离声传播实验,实验中大深度矢量水听器被放置在3146 m,得到了包含多个会聚区和影区的数百公里的声标量场和声矢量场数据.本文对实验数据中的声标量场和声矢量场进行了处理,计算得出各通道传播损失曲线,并与距离有关声学模型(Range-Dependent Acoustic Model,RAM)计算得出的声压场和声矢量场理论预报结果进行了比较,证明二维抛物方程模型RAM可以有效地进行深海远距离声标量场和声矢量场的预报.     

波形未知的水声脉冲信号双阵元相关匹配场定位

针对波形未知的水声脉冲信号,提出一种基于双阵元的相关匹配场定位方法.通过水听器所接收到的信号和声场传播模型算得的海洋信道脉冲响应,对所划分的搜索网格区域采用时域最小二乘的方法获得每个网格点位置上发射信号的估计值.由估计出的发射信号与信道脉冲响应卷积产生相应的拷贝场信号;通过计算双阵元接收信号的相关函数与拷贝场信号的相关函数之间的误差,构造定位函数的模糊表面,实现双阵元对波形未知的水声脉冲信号的匹配场定位.采用2种声传播模型分别对连续波(CW)脉冲信号与线性调频(LFM)脉冲信号进行仿真实验,结果表明,该方法不受信号形式和声传播模型的限制,克服了传统匹配场处理由于阵元个数过少而导致的定位模糊表面旁瓣过高的问题,具有较好的定位效果.     

基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展，自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展，为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求，同时降低其自主定位成本，设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法．首先，针对水声信道的复杂性，设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号，仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性；其次，结合倒置的超短基线定位原理，设计了布放在已知参考点的四阵元基站，各阵元发出相互正交的声频梳信号，水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号，利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测；最后，针对声学频率梳的时域和频域特性，推导了接收信号与飞行时间的关系，利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测，进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果，结合倒置的超短基线定位方法，实现航行器的位置实时解算．水下实验结果表明，本方法复用率高、可操作性强，水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算，进一步降低了成本和系统复杂度．同时，也证明了声频梳信号的高可靠性，可在水下航行...     

测量光纤吸收损耗和散射损耗的一种简单有效方法

我们使用光声光谱方法研究了光纤的损耗。在理论上分别给出了光纤的吸收和散射所产生的光声信号的表达式，以及吸收系数和散射系数的计算公式。测量了在５１４．５ｎｍ和６３２．８ｎｍ波长上的光吸收和光散射的光声频率特性曲线及校正绝对吸收系数用的康铜丝的光声频率特性曲线，其实验曲线斜率均与理论计算值接近。我们也计算了芯径为０．８ｍｍ，长略大于２０ｃｍ的塑料光纤在６３２．８ｎｍ的吸收损耗为９．２９ｘ１０－４ｃｍ－１（合４０６ｄＢ／Ｋｍ），这与国外报导的吸收损耗的测量结果一致。     

耐静压水声换能器的声学结构和声电测量

(一) 引言水声设备的应用日益推广,在使用环境上也向深海方向发展。 1.如装备于深潜救生艇或深潜器上的设备:发现和探测沉底的目标,精确地定位及与水面通讯联络。 2.如深海坐底声纳,用于坐底监听、远距离警戒、水下声导航、水声定点定位、水下音标。 3.如深海水声测试设备,用于声道远距传播测量,深海混响测量、深海环境噪声测量。     

无人潜航器舷侧阵声呐匹配场被动定位方法研究

为了使无人潜航器在复杂的浅海环境中具有对远程声源被动定位的能力,提出了一种将舷侧阵声呐与匹配场处理算法相结合的被动定位方法.该方法可用于无人潜航器定深低速直线巡航时定点数据采集的过程中.首先用匹配场算法处理在每个采样位置上收集到的舷侧阵数据,实现对远程声源的初步定位,然后融合处理所有采样位置上的匹配场定位输出．这样可以克服舷侧阵声呐空间增益低的缺点,降低海洋环境参数失配和舷侧阵位置误差的影响,稳定参数估计过程并提高输出信噪比,随着时间的推移逐渐估算出远程声源的三维坐标.仿真测试结果表明,该定位方法在不同的输入信噪比下具有较高的定位概率和定位精度,而且使用该方法的系统需求较低,便于实际应用.     

一水甲酸锂单晶的培养

用水溶液降温法生长了光学优质的一水甲酸锂大单晶，尺寸约为３．５ｃｍ×４ｃｍ×５ｃｍ．给出 了一甲酸锂单晶体透光率和二次谐波相位匹配的实验结果．     

高精度磨削加工用声发射对刀仪的研制

将声发射（ＡＥ）技术应用于砂轮与工件对刀状态的检测上，分析了声发射信号检测砂轮与工件的接触状态的机理，在实验的基础上研究了砂轮与工件不同接触状态时ＡＥ信号的幅度变化状况，并利用ＦＦＴ频谱仪对磨削加工中所获得的ＡＥ信号的频谱进行了分析。实验表明：ＡＥ法可以检测出０．５μｍ以下的对刀精度，测得砂轮与工件初始接触时所获得的ＡＥ信号的频谱范围主要分布在１５０￣３００ｋＨｚ之间。     

光电通讯演示机的改进

过去我们实验室中自制的光电通讯演示机由于信号传输距离短（一般小于０．５ｍ），信号强度弱，转换音质差，影响教学演示效果．作者根据光学原理，在信号发射机上加装会聚装置，将发散光传输转变为平行光束传送，以提高传输信号的强度，延长传输距离；并在接收机上加装聚焦装置，进一步增强接收信号的强度．经过这样的改进，演示机的信号传输距离可延长至５ｍ以上，信号的强度和质量也大大提高，明显地改善了演示效果．此方法所用装置简易有效，适合于一般大专院校物理教学实验和科研应用     

基于欠定盲分离的广义逆简正波过滤方法

水声传播信号是多号简正波的叠加,通过简正波过滤分离各号简正波,是水声领域常用的一种技术手段,也是匹配模目标定位、声源信号重构等诸多应用的基础.对于垂直阵接收信号,广义逆方法是最常用的一种简正波过滤方法.广义逆方法的一个关键问题是如何确定接收信号中包含的简正波的号数,采用的简正波号数与实际号数偏差越大,简正波过滤的效果越差.针对上述问题,提出一种利用欠定盲分离技术获取垂直阵接收信号中包含的简正波号数的方法,并且通过在理想波导和夏季波导环境下的数值仿真对该方法进行检验,仿真结果表明:在一定的信噪比条件下,本文方法可以从垂直阵接收信号中准确提取简正波号数信息.该方法有助于减小简正波号数未知引起的广义逆简正波过滤的偏差,在基于简正波过滤技术的目标定位、识别等水声应用领域具有一定的应用前景.     

宽带参量阵声呐在海底探测中的应用研究

使用宽带参量阵声呐对近海掩埋物探测进行了探讨.利用线性调频信号作为包络的调幅信号,针对参量阵产生的宽带差频信号,分析其频谱特点,并结合传播信道对声信号的吸收作用,于接收端对回波信号进行频谱修正,同时引入脉冲压缩技术提高探测分辨率.通过水池实验和仿真结果显示:利用宽带参量阵技术以及相应的信号处理方法,可使探测设备具有较小体积且对掩埋目标的垂直分辨率在信噪比较低的情况下达到0.1m.     

南海北部海水声速剖面声学反演

2009 年6 月在南海北部进行了一次海洋环境和声学同步观测实验. 实验观测到内波活动导致水体声速剖面随时间和空间起伏. 从温度链长期观测数据提取出声速剖面经验正交函数(EOF). 数值仿真研究了水平变化海洋环境下平均声速剖面的声学反演, 结果表明, 反演结果与传播路径上的平均声速剖面具有很好的一致性. 在此基础上, 利用实验中垂直接收阵记录的宽带爆炸声源信号反演海水声速剖面, 并与实验测量声速剖面进行比较, 验证了匹配场声学反演海水声速剖面的有效性和稳定性     

自航式声诱饵的艇载短基线阵定位方法研究

针对自航式声诱饵的战术使用特点和潜艇艇型特点,探讨利用艇载式短基线测量阵对其进行定位的方法,并对短基线测量系统的组成功能和阵形进行初步设计。文章还研究短基线测量阵的定位解算方法,并对典型工况下的测向误差分布进行仿真分析。仿真结果表明,系统在5km范围内的测向精度优于1?,能满足自航式声诱饵海上对抗效果的评估需求。     

基于Kullback信息测度的长输管线的故障诊断

提出了一种基于 Ｋｕｌｌｂａｃｋ信息测度的长输管线泄漏诊断方法．它通过对管线两个 端点附近的压力梯度所构成的时间序列进行分析，从而检测出泄漏，并在此基础上对泄 漏点进行定位．此法只需测量２个端点附近的４个压力信号，且计算量小．在实际中较 容易实现。用该方法在一条长１２０ｍ、内径１０ｍｍ的液体管线上进行了实验，当泄漏量 为０．５％时，定位误差为总管长的２％。结果表明．这是一种很有实用价值的诊断方法。     

一种高精度超声波测距处理方法

根据声的发射、反射及传输理论推出并用实验验证了测距回波包络曲线的近似方程,据此提出了一种高精度超声波测距信号处理方法．介绍了以单片机实现该方法的超声测距系统,该系统在２．５～１２ｍ范围内测距误差不大于０．２５％．     

一种基于大深度矢量水听器的深海直达波区近水面声源定位方法

矢量水听器因能够同时获取声场的声压和三维质点振速分量而倍受关注.矢量水听器在浅海环境下的研究及应用工作较多.2014年在某深海海域进行的水声综合考察实验中,矢量水听器被布放在水下3146 m深处,并成功地接收到了深度为140 m的拖曳声源发射的信号.本文首先结合实验海域环境,分析了深海近水面声源直达波区的声线到达结构以及直达声与海面反射声到达大深度接收器的掠射角,发现二者的均值随距离单调变化,且声源深度变化对其影响较小;然后对实验中两条航线上10 km范围内的信号进行分析,获取目标声源的方位角以及到达矢量水听器的直达声和海面反射声的掠射角,再根据该掠射角对目标声源的距离进行估计,实现了对目标声源在二维平面上的定位,定位结果与目标的GPS航迹符合较好.     

内蒙古库布齐沙带东段油蒿固定沙丘土壤微生物数量的垂直分布研究

对内蒙古库布齐沙带东段油蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｏｒｄｏｓｉｃａ）固定沙兵土壤微生物数量的垂直分布进行了研究．１）好气性细菌和真菌数量的垂直分布是结皮层（０－０．５ｃｍ）〉０．５－１０ｃｍ〉３０－４０ｃｍ〉６０－７０ｃｍ,在０－１０ｃｍ,油蒿固定沙丘与流动沙丘比值;好气性细菌数量为１３．７：１,真菌数量为１５．２：１;２）芽孢细菌和放线菌数量的垂直分布是０．５－１０ｃｍ〉３０－４０ｃｍ〉结皮层（０－