基于声压振速联合处理的矢量阵旋转不变子空间方位估计方法

为提高声矢量阵旋转不变子空间法方位估计性能,提出一种基于声压振速联合处理的算法.该算法构造了声矢量阵声压和组合振速的互协方差矩阵,将均匀间隔引导角下的系列互协方差矩阵取均值,作为引导角未知的互协方差矩阵,然后进行旋转不变子空间(ESPRIT)方位估计.仿真和试验结果表明,在低信噪比时该算法比现有常规算法有更好的性能.该算法基于矢量传感器声压和振速的相干性原理,充分利用声压振速组合指向性抗干扰能力,可以更好地抑制各向同性干扰,提高阵列的处理增益,从而有更好的方位估计性能.     

基于解析振速平滑的声矢量阵相干信号方位估计

为了提高矢量水听器阵列相干信号源方位估计能力,提出了两种基于解析振速的矢量阵平滑算法.两种算法均利用解析振速的特殊形式抑制协方差矩阵的相干项,实现秩的恢复,然后结合修正MUSIC实现目标方位估计.第二种算法充分利用声压,振速通道抑制各向同性噪声能力与白噪声特性,首先构造了一个新的协方差矩阵,然后利用解析振速平滑恢复矩阵秩,理论推导表明这种算法可以大大提高信噪比.仿真证明,新提出的两种算法都可以无空间损耗地完成相干信号的方位估计,相比于传统的矢量阵空间平滑算法有较好的估计精度与分辨率,并且第二种算法由于信噪比的提高,其估计性能更为优越.     

声矢量圆阵宽带相干信号的方位估计

针对水下目标的远程被动探测问题,提出了一种声矢量圆阵的宽带相干目标方位估计方法.首先,基于子带分解原理将宽带划分为若干不重叠窄带,根据圆阵模式空间变换理论,将声矢量圆阵转换成与频率无关的虚拟直线阵,并采用声压P与振速(V_r+V_φ)联合处理方法构建了每个窄带的互协方差矩阵,通过求和平均实现了宽带接收信号的互协方差矩阵估计;其次,引入一种修正的矢量奇异值分解算法,对接收相干信号的互协方差矩阵进行重构处理,用于解决相干声源的空间分辨问题;最后,利用MUSIC算法实现了声矢量圆阵宽带相干目标的方位估计.理论分析及仿真结果表明,修正的矢量奇异值分解算法较修正前具有更强的空间分辨能力;P×(V_r+V_φ)声压振速联合处理方法较同阵型的声压阵及其他声压振速联合处理方法(即(P+V_c)×V_c、P×V_c)具有更好的背景噪声抑制能力;将P×(V_r+V_φ)声压振速联合处理方法与修正的矢量奇异值分解算法有机地结合起来,可提高宽带相干源的方位估计性能.水池实验结果进一步验证了算法的有效性.     

矢量阵强相干干扰抑制技术研究

提出了一种单矢量传感器相干干扰抑制技术,并推广到声矢量阵来抑制强的相干干扰.利用声矢量传感器组合指向性零点可电子旋转的特点,用自适应抵消技术抑制各阵元数据中的相干干扰,可获得相对"干净"的信号,对该信号进行矢量阵波束形成,达到强相干干扰抑制的目的.计算机仿真和湖试试验结果表明:该方法能有效抑制方位已知的强相干干扰,结合矢量传感器的组合指向性可电子旋转的特点和自适应抵消技术,加上声矢量阵的指向性增益,可达到用声矢量阵有效抑制强相干干扰的目的.     

改进的振速矢量阵常规波束形成方位估计算法

为提高振速矢量阵常规波束形成(CBF)算法的方位估计能力,首先从旁瓣抑制与抗左右舷模糊两方面分析比较了两种矢量阵CBF的相关特性,然后给出两种改进算法:第一种算法利用振速通道抑制各项同性噪声的能力与解析振速的特殊形式,构造一种无噪声项的类声压阵协方差矩阵;第二种算法在其基础上将两个组合振速的差分矩阵与之相加,得到一种新的矩阵.最后利用常规波束形成算法,估计目标方位.理论分析表明:这种协方差矩阵无噪声干扰,并且保持了振速矢量阵的抗左右船舷模糊能力.     

基于矢量水听器测向交汇的浮标定位系统设计

矢量水听器同时获取声压和振速信息,通过具有方向性的振速矢量场信息实现对目标定向。以矢量水听器高精度测向为基础,通过多点测向交汇实现对水下噪声源的定位跟踪。本文介绍了定位系统的结构设计,分析其关键技术。该方案经过功能扩展,还可应用于对击水声等瞬态信号的定位。     

浅海环境下低频声信号传播特性研究

针对典型浅海海洋环境下的低频声传播问题,以快速场方法为建模手段,以声能流为研究对象,结合具体算例模拟研究了不同浅海环境参数对低频声信号传播特性的影响规律.研究结果表明:矢量场中质点垂直振速传播衰减远大于同点声压与水平振速传播损失;海洋环境参数、声源参数、海底声学参数均对低频声信号传播具有重要影响,其中又以海底声速对声能量传播特性的影响最为显著.     

基于矢量水听器的水下战武器二维弹道测量研究

 水下弹道测量是水下战武器试验的重要内容。本文基于矢量水听器测量水中目标航行噪声,利用矢量水听器测向原理,经过数字信号处理器对矢量信号进行分析处理,得出武器水下航行的二维弹道轨迹。介绍矢量水听器测量原理和矢量浮标阵纯方位定位原理。通过实验室消声水池测试对矢量水听器声压与振速相位差进行修正,利用湖上试验对矢量水听器的测向误差进行修正。采用DGPS水面定位与水下水声定位相结合的方法,研制了水下战武器二维弹道测量系统,介绍测量系统的3个主要组成部分及其主要功能,并在海上实际试验中验证了基于矢量水听器的水下武器弹道测量方法先进可行、实时性强、测量精度高、使用方便,可以满足实际使用要求。     

矢量信号处理结合DEMON谱的多目标分辨算法

将矢量信号处理技术与DEMON谱分析技术相结合,提出矢量DEMON谱分析方法,利用矢量信息提取DEMON谱并计算线谱方位,再根据线谱方位和各个线谱间频率差分别提取多个目标轴频.该方法不仅可获得更高的处理增益,同时通过声压、振速分频段线谱融合能够得到更加完整的DEMON线谱簇;且在单传感器条件下,应用结合矢量信息的最大公约数算法,能够提取多目标的轴频特征、分辨不同目标并测量方位.仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性.     

传感器网络中基于节点数据相关的DOA估计

 波达方向(DOA)估计是水声阵列信号处理的重要研究方向.由多个矢量水听器组成的传感器网络利用各节点所在位置的声压、质点振速可以实现DOA估计,节点的协同合作能够确定目标声源的位置.本文根据矢量水听器的特点、相关性及DOA算法等理论,仿真分析相关性对DOA算法的影响,并结合实际湖试对节点数据的相关性进行分析处理.由于各节点数据包含严重的噪声,导致其频谱情况很差,处理后节点数据的频谱及节点间的互相关性明显改善,并能有效抑制宽带噪声干扰.结果表明,处理后节点线谱信号突显出来,各节点的互相关性得到了提高,且满足DOA算法对数据相关性的要求,具有一定的工程实用性.     

基于ATV技术的铝合金地铁车体壁板声学贡献度分析

地铁车辆车体壁板振动辐射形成车内结构噪声,直接影响旅客乘坐舒适性.分析车体壁板声学贡献度可以确定对车内噪声影响较大的壁板位置,进而针对性地修改车体壁板结构,以改善车体壁板振动特性、降低车内结构噪声.运用声传递向量(ATV)技术分析了铝合金A型地铁车辆车体壁板的声学贡献度,确定了影响车内结构噪声较大的壁板位置.     

矢量水听器阵列超复数模型及在高分辨率波达角估计中的应用

将超复数代数引入矢量水听器信号处理领域,用超复数来整体表示了矢量水听器输出的4个信号分量,并建立了矢量水听器阵列的超复数模型.在此基础上应用基于超复数奇异值分解的超复数MUSIC算法进行波达角估计并进行计算机仿真.仿真时与长矢量方法进行了比较,理论分析表明,运用超复数模型,算法所需的存储量和除法运算量都减少了75%;仿真结果显示,在取得上述优点的同时,超复数MUSIC算法在性能上没有损失.     

主源实时高分辨幂法测向系统及其性能研究

在声场及电磁场中，经常要求在非均匀噪声场及目标相对方位迅速变化的情况下，快速精确地估计出主源方位。而在这种情况下的方位估计方法往往难以在工程中应用。文中为此提供幂法方位估计方法，详细研究了诸如背影噪声的统计特性，背景噪声场的空间相关性，传感器阵的随机扰动及其阵安装的几何误差等实际问题对幂法方位的估计性能及其迭代过程收敛速度的影响，并给出了相应的典型曲线。     

基于频域盲信号处理的汽车制动异响定位方法研究

汽车基础制动器在汽车刹车过程中会产生剧烈的振动和噪声,影响乘员的舒适性,降低有关汽车零部件的寿命;同时,尖锐的制动噪声(尖叫)还会严重干扰人们的正常生活。针对汽车制动异响噪声的治理工作非常重要。总结了汽车制动噪声的产生机理、噪声特点和影响因素,回顾并分析了抑制和防治制动噪声的理论与工程研究进展。针对传统汽车制动异响检测分析方法手段单一、数据处理不便、灵活性差等突出性问题,提出了一种基于声信号频域盲处理的制动异响定位方法,详细介绍了其关键技术:利用动态粒子群优化形态滤波抑制路试背景噪声、使用峭度最大化复数单元固定点算法分离提取复分量、利用改进KL距离解决次序不确定性等。通过实际刹车制动声信号故障提取,验证了该方法的有效性和可靠性。     

基于声学定位技术的关门声品质改进设计

关门声品质成为影响我国自主品牌汽车品质的关键因素。以提升某自主品牌SUV关门声品质为目标,开展声品质心理声学参数与主观评价的相关性分析研究,得出影响关门声品质的心理声学参数主要包括响度、尖锐度等;利用声学定位技术定位影响关门声品质的主要声源,结合噪声源位置,对车门关闭过程存在的多次碰撞提出改进方案;利用小波分析技术、心理声学分析方法以及主客观相关性评价结果验证整改方案的有效性,从而获得一整套基于声学定位技术的关门声品质改进设计方法,为全面提升自主品牌SUV整车品质感提供理论支撑。     

基于声信号的履带机器人地面分类试验研究

为了拓展地面识别方式及提升识别率,提出利用履带机器人行驶噪声进行地面类型识别.使用声压传感器采集履带机器人在行驶过程中与地面相互作用辐射的声音信号,对声音信号提取修正的梅尔频率倒谱系数（MFCC）及其一阶差分（△MFCC）使用优化后的支持向量机（SVM）进行分类,并测试了该方法在多种背景噪声环境下的效果.结果表明,行驶噪声包含能够表征地面特点的信息.相比于幅域、频域和时频域特征,修正的MFCC+△MFCC特征具有明显优势.在校园环境中分类准确率达到了89.5%,当信噪比高于20 dB时,在多种背景噪声环境中分类准确率均达到80%左右.      

基于车身板件声学贡献分析的声振优化

以降低车内低频结构噪声为目标,优化车身板件.采用子结构模态综合的方法建立结构动力学模型,并以其在实车工况下的振动响应作为声学边界元模型的边界条件,以车内驾驶员右耳位置为目标响应点,结合计算得到的声传递向量,对汽车车身进行板件声学贡献分析.通过计算得到车身各板件对车内噪声的声学贡献,分析出影响比较显著的关键面板,根据分析结果对车身相应板件进行振动抑制.经试验验证,怠速工况下,车内噪声在频率为20～100 Hz范围内的声压级水平得到比较明显的改善,主要峰值频率最大降幅5.70 dB,整体噪声水平下降了3.89 dB.结果表明:板件贡献分析方法可以为控制车内低频噪声提供合理的建议.