基于参量阵的水下宽带波束合成系统设计与实现

针对现有声频定向系统进行改进,设计了一套波束合成系统。同时阐明了系统基本原理、控制方案、软硬件设计等问题。该系统以Xilinx公司FPGA芯片XC3S1400A为主控制芯片,以参量阵理论以及超声相控阵算法相结合作为控制策略。实验结果表明,该控制系统能够很好地控制声束的偏转方向,可用以完成波束合成的功能。     

声学参量阵再现差频波声场响应特性与控制

基于再现差频波声场响应非线性的特点,系统研究了调幅方式、声信号预处理等方面对再现差频波声场响应和功率消耗的影响,分析得到了波形、带宽、调幅系数、频率对失真度之间的关系.提出对单频声信号采用单边带调幅,对多频声信号采用拟合包络形状的方法.通过对3种控制处理方式在发射实时采集信号情况下的能耗和频谱方面的计算和对比,论证了单边带调幅和拟合方法,优化和改善了声学参量阵再现差频波声场的带宽要求和损耗.     

基于声学参量阵的次声波定向仿真技术研究

针对次声波生成及定向技术展开研究。采用DDS技术通过电声转换实现了不同频率次声波的生成;应用声学参量阵,以两路超声波通过叠加,实现以超声波载波调制生成次生波。该方法可有效抑制旁瓣,使次声波主要集中在主轴方向,解决了次声波的定向传播问题,并通过仿真实验验证了该方法的可行性。     

基于声学参量阵理论的超声波防录音屏蔽研究与实现

随着智能设备的快速发展,利用一些录音设备诸如智能手机、录音笔等窃取信息的手段显得更为方便和隐蔽,这对于个人、企业和政府都存在着不小的隐患.传统的对抗方式有背景噪声屏蔽和电磁波屏蔽,但都有其局限性.前者通过播放大音量噪声覆盖对话声音,但这会影响对话的正常进行;后者发射大功率电磁波屏蔽录音设备,但其屏蔽距离与效果都十分有限.针对上述问题,本文提出一种基于声学参量阵理论的超声波防录音屏的方案,可以对录音窃听进行有效屏蔽,同时不妨碍正常对话.根据声学参量阵理论,多个高频的超声波经过非线性系统,会因为非线性作用产生低频声音信号.根据这一原理,首先生成低频宽带噪声信号,然后进行BASK调制将其调制到高频载波上,进行功率放大后由换能器发射向目标录音设备.实验测试结果表明对iPhone6S、华为P10、P20、荣耀9等智能手机的录音功能都可以实现有效屏蔽,最大屏蔽距离1～3 m不等.由于屏蔽原理的普适性,本文的方案可以屏蔽目前大多数型号的智能手机、录音笔等带录音功能的终端.     

等深度脉冲回波法进行非线性声参量成像的研究

提出了等深度脉冲回波法对生物组织进行非线性声参量成像的原理和方法，建立了一套脉冲反射式C扫B／A成像系统。利用该系统，对猪肝和脂肪组织的四种组合样品进行了非线性参量C－扫成像的实验，所得图像与样品模型符合的较好。     

多子阵合成孔径声呐成像研究

针对多子阵合成孔径声呐(SAS)成像运算量大及忽略相位误差导致的成像效果不佳等缺点,该文在深入分析了多子阵SAS的两类系统相位误差基础上,分别提出了改进的逐点和逐线成像算法,形成了新的多子阵SAS系统方案设计。新方法在提高测绘率同时,能够显著降低运算量并改善成像效果,仿真实验也证明了新方法的正确性。     

宽带数字阵列雷达的空时耦合效应及补偿

为了分析和补偿宽带数字阵列雷达中宽带自适应数字波束形成(adaptive digital beamforming,ADBF)和数字脉冲压缩(digital pulse compression,DPC)的空时级联处理所存在空时耦合效应,建立了频域宽带ADBF与DPC空时级联处理的信号模型,分析得出频域ADBF会引起DPC结果的旁瓣升高,并影响对微弱目标的检测性能。在此基础上,提出了基于目标跟踪和阵列预调向处理的补偿方法,使得信号从正侧视方向入射。仿真结果表明:当主波束对目标的跟踪精度控制在一半的主波束宽度以内时,采用频域ADBF和DPC级联结构所产生的虚假旁瓣可控制在-50dB以下,有效地减小了耦合效应对DPC结果的影响。     

声学探测技术在海底管道外检测中的应用

在海底管道的外检测过程中,为明确海底管道的真实赋存状态,常使用工程物探和潜水摸探对其进行调查,其中声学探测技术的应用最为广泛。本文以SONIC 2024多波束测深系统、SES 2000参量阵浅地层剖面系统、KLEIN 3000侧扫声呐系统为例,系统介绍传统声学探测技术在北部湾某单点系泊(SPM)海底输油管道外检测中的应用。在此基础上,结合扫描声呐、合成孔径声呐等声学探测技术,探讨各类声学探测技术的优劣性及适用条件,指出海管外检测技术的发展方向。多种声学探测技术的综合运用是准确评价海底管道状态的基础,海底管道外探测方案的选择应综合考虑海域条件、设备优缺点、作业载体、工作成本等因素。海管外检测技术向着设备集成化、检测精细化、识别智能化的方向发展。     

Capon算法在矢量阵中的应用研究

研究了Capon算法在矢量阵中应用的理论基础，给出一种改进Capon算法．通过计算机仿真对其进行了性能分析，结果表明：矢量阵应用Capon算法可以获得比声压阵更高的空间分辨力，抗噪能力也大大增强；改进Capon算法进一步提高了阵列的空间分辨力，并且在信噪比较低的情况下依然具有优越的性能．     

压缩感知在宽带雷达信号处理中的应用

高分辨雷达成像系统在当今的军事和民用方面都有着广泛的需求,高分辨率成像需要发射宽带的雷达信号,然而根据奈奎斯特采样定理,信号带宽的增加又使得雷达系统面临高采样率、高传输率、大数据量存储以及信号实时快速处理等问题.压缩感知(CS)理论通过构造非相关测量矩阵,以远低于奈奎斯特采样率的速率获得一组测量值,通过重构算法对信号进行精确的重构.压缩感知理论应用的前提是信号的稀疏性,关键是测量矩阵和稀疏度之间的关系,重要支撑是重构算法.本文对压缩感知原理进行了简要介绍并针对雷达常用的线性调频信号提出一种稀疏基构造方案.同时,利用matlab构造了线性调频信号模型并对压缩感知处理线性调频信号的采样重建过程及应用于二维成像的过程进行了仿真.本文也研究了不同重建算法并进行了各个算法间的效果比较.仿真结果表明,在宽带雷达回波信号的处理过程中,压缩感知能通过降低采样率有效缓解回波数据的存储和传输的压力,这一点在宽带雷达目标检测中应用前景广阔.     

空气中圆形平面发射器参量源声场计算与模拟

基于空气介质的非线性性质,改进伯克泰线源端射阵计算模型得到正轴声场解的局限,提出一个圆形平面发射器参量源辐射声场数学模型,以参量点声源的距离和再现声场点的距离的关系作为分割点,对参量点声源到再现声场点的距离作不同的夫琅和费近似,在计算差频波再现声场的同时获得正轴和偏轴方位的声响应.将数值计算模拟结果和实验结果比较,该模型能够更准确地表现二次再现差频波声场的分布状况.     

滑跑中的喷气式战斗机的被动声时频特性

为了分析滑跑中的战斗机的被动声信号的时域、频域、时频分布、能量最大值所对应的频率分布等特性,利用自相关方法、功率谱估计、时频分析和能量极大值所对应的频率等分析方法,对战斗机的声信号的时频特性进行描述。通过2个典型声信号的对比分析,发现飞机起飞瞬间的被动声信号是滑跑中的战斗机的被动声信号的一个新的重要特征;其频率分布具有频率成分高、分布范围广等特点。认为将战斗机的2个主要声特征,即CPA时刻和起飞瞬间的被动声特征联合考虑将有助于实现目标的精确定位和追踪。     

子阵结构FDA阵列模糊函数建模与研究

基于模糊函数的优化是频率分集阵列FDA雷达波形设计的重要手段,针对现有文献中缺乏对子阵结构频率分集阵列模糊函数研究的问题展开分析。首先建立了窄带条件下发射简单脉冲的FDA阵列数据模型,对比了FDA阵列与相控阵的方向图特性;在此基础上,基于信号经匹配滤波器输出的时域卷积出发推导出FDA阵列在三种接收信号处理机制下的复型模糊函数;然后,对采用不同频控函数的交叉子阵FDA阵列的发射方向图特性、模糊函数特性分别展开分析,并用仿真验证了采用正弦频控函数的FDA阵列具有较好的干扰抑制性能的结论,从而为后续基于子阵FDA阵列的模糊函数设计雷达波形以实现干扰抑制的一系列研究奠定了重要基础。     

多元声阵被动声定位研究

针对五元空间声传感器阵列被动声定位中存在着对目标声源位置估计偏差较大的问题,提出了一种七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型,通过数学推导与计算给出了定位公式.利用误差分析理论对比了两种阵列的定位性能,得出了定位偏差与目标声源的俯仰角,方位角和时间延迟量的关系.使用这2种声阵对100个假设目标声源位置点进行估计计算,通过计算机仿真得出了七元空间声阵具有较高定位性能.     

基于表面波变换的水声瞬态信号降噪方法

为提高对水下目标信号检测的有效性和可靠性,对水声基阵信号的干扰噪声进行分析,提出对含噪信号进行三维表面波变换的降噪方法.通过设置适当的阈值,对变换后的系数进行舍取处理,得到表征信号及微量残余噪声的重构系数;对其进行表面波逆变换后得到降噪后的水声基阵信号.对实际水声信号的降噪实验表明:该方法实现了对基阵信号的并行处理,取得了较好的降噪效果.     

基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,本文采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱（PSD）及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11.44 KHz-17.14 KHz,砂砖主要破碎频谱范围为38.74 KHz- 46.05 KHz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。     

Computed tomography of the acoustic nonlinearity parameter B／A for biological tissues via difference frequency wave from a parametric array in reflection mode

Based on the finite amplitude insert-substitution method, a novel technique to reconstruct the acoustic nonlinear parameter B/A tomography for biological tissues in reflection mode via the difference frequency wave generated by a parametric array is developed in this paper. An experimental system is established, and the beam pattern of the difference frequency wave is measured and compared with that excited directly from a transmitter at the same frequency. B/A tomography for several biological tissues including normal and pathological tissues, is experimentally obtained with satisfying quality. Results indicate that B/A imaging using this mode may become a novel modality in ultrasonic diagnosis.     

基于门限估计的水声通信接收机自动增益控制

为了使用自动增益控制对接收信号的幅度进行动态压缩,采用统计接收端信号过门限瞬时值次数的方法,判断是否要调整原信号和基于对数或指数信号的变步长调整自动增益控制算法。在对数或指数信号变步长调整中,对数或指数信号之间是可以互相转换的,步长和收敛因子的选取受水声信道特性、信号幅度、噪声种类的影响。该方法已应用于水声信号接收系统,可较好地对输入信号的幅度进行动态压缩,还滤除了部分噪声的影响,达到了设定的期望值。实验结果表明,该方法抑制噪声能力强,跟踪速度快,适合在水声通信系统中应用。     

基于流形学习和SVM的储粮害虫声信号识别研究

声检测法能够快速检测粮虫,对提早防治储粮害虫具有十分重要的作用.研究了2种储粮害虫的4种活动声信号,利用流形学习的等距特征映射方法对声信号进行降维并提取流形特征,采用以重尾径向基为核函数的SVM训练最优分类面,对流形特征数据进行测试和识别分类.实验结果表明,等距特征映射方法能够有效提取2种储粮害虫声信号的流形特征,且SVM的分类识别效果良好.     

声波/振动生命搜索与定位系统的定位方法研究

地震后的救助现场情况错综复杂,通过对受困人员发出的各种求救信号的分析,确定适合现场搜救的有效信号,而定位方法的研究是研制和开发声波/振动生命搜索与定位系统的基础.考虑现场救助的困难和时间要求,提出了能量追踪的快速搜索方法.参考天然地震震源定位Giger法,提出了一种能够适用于地震救助现场,基于振动直达波到达时差的定位方法--4点时差定位的搜索理论方法,为声波/振动生命搜索与定位系统的开发提供了理论基础.