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软质面层抑制高阶模态降低地板结构撞击声研究

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声学技术 2023年第4期42卷 503-508页

作者：徐海博吴波波司义德刘忠远李蕾青岛市市政工程设计研究院有限责任公司山东青岛266101 中国科学院声学研究所北海研究站山东青岛266000

为了研究并降低地板结构受到激励时产生的撞击声响应,利用振动模态叠加思想,将地板结构受到激励时空间中一点接收到的声信号表示为各阶振动模态的叠加,若某一阶振动模态受到抑制或不被激发则可降低、消除对应频率处的辐射噪声。通过在... 详细信息

为了研究并降低地板结构受到激励时产生的撞击声响应,利用振动模态叠加思想,将地板结构受到激励时空间中一点接收到的声信号表示为各阶振动模态的叠加,若某一阶振动模态受到抑制或不被激发则可降低、消除对应频率处的辐射噪声。通过在结构表面铺设软质面层并用标准撞击器激励的方法进行实验研究,结果表明,通过在地板结构表面引入软质面层的方法,可以有效降低地板结构的规范化撞击声压级,因为随着频率的增加,当激励力不足以激发高阶模态时,地板结构不辐射对应频率处的噪声,由此可以达到降噪的目的。

关键词：撞击声模态叠加软质面层高阶模态抑制

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相关测速声呐模型参数矩阵化求解方法

声学技术 2023年第4期42卷 541-546页

作者：崔晓康薛凤杰赵二亮王长红中国科学院声学研究所海洋声学技术中心北京100190 中国科学院大学北京100190 北京市海洋声学装备工程技术研究中心北京100190

相关测速声呐的基本原理是“波形不变性”。该原理指出:发射具有一定时间间隔的信号,接收回波相关性最大的两个基元之间的间距与载体移动速度成正比。相关测速算法首先通过回波数据构建数据相关矩阵,然后利用速度估计算法将理论相关模... 详细信息

相关测速声呐的基本原理是“波形不变性”。该原理指出:发射具有一定时间间隔的信号,接收回波相关性最大的两个基元之间的间距与载体移动速度成正比。相关测速算法首先通过回波数据构建数据相关矩阵,然后利用速度估计算法将理论相关模型和回波数据构建的相关矩阵进行拟合得到最优参数信息,进而解算出载体速度信息。文章以简化最优参数求解流程为目标,提出了基于矩阵推导的参数拟合运算方法。该方法通过将底混响时空相关函数模型中的目标参量进行分离,进而将函数转变为矩阵形式,随后通过矩阵QR分解等手段,根据局部最小二乘法推导目标参数的求解公式,并直接求解出目标参数的解析解。仿真和湖上试验数据验证了该方法可以作为一种速度解算方法的可行性,并且具有运算复杂度低的优点。

关键词：相关测速声呐最小二乘矩阵化

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一种低旁瓣圆形活塞高频换能器研究

声学技术 2021年第3期40卷 435-438页

作者：张彬周博文童晖陈祥全王佳麟中国科学院声学研究所东海研究站上海201815

文章主要研究了一种低旁瓣圆形活塞高频换能器,采用去环非均匀分布方法实现低旁瓣,推导了去环非均匀圆形活塞换能器的指向性函数表达式,建立了指向性仿真模型,并采用Matlab软件进行仿真优化,对不同去环位置和不同去环宽度的圆形活塞换... 详细信息

文章主要研究了一种低旁瓣圆形活塞高频换能器,采用去环非均匀分布方法实现低旁瓣,推导了去环非均匀圆形活塞换能器的指向性函数表达式,建立了指向性仿真模型,并采用Matlab软件进行仿真优化,对不同去环位置和不同去环宽度的圆形活塞换能器旁瓣级变化规律进行了分析,并通过添加匹配层拓展带宽。制作了一款低旁瓣圆形活塞宽带高频换能器,并进行测量。实测结果与仿真基本一致,换能器实测最大旁瓣级为−22.4 dB,较均匀圆形活塞换能器旁瓣级降低了4.8 dB,中心频率为325 kHz,−3 dB带宽为150 kHz。

关键词：低旁瓣去环活塞换能器非均匀宽带换能器

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水下修正空时自适应检测的性能分析

水下无人系统学报 2018年第2期26卷 133-139页

作者：李娜郝程鹏施博陈栋中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

修正空时自适应检测(STAD)是以空时联合处理为框架、以水下目标检测为目的的声呐信号处理方法,能有效解决混响背景下的目标检测问题。为了明确修正STAD的适用条件,首先从点目标回波入手,阐明其空时导向矢量中空时交叉项不可忽略的原因,... 详细信息

修正空时自适应检测(STAD)是以空时联合处理为框架、以水下目标检测为目的的声呐信号处理方法,能有效解决混响背景下的目标检测问题。为了明确修正STAD的适用条件,首先从点目标回波入手,阐明其空时导向矢量中空时交叉项不可忽略的原因,进一步推导出空域导向矢量失配程度与阵元数目和目标方位角的数学关系式,为定量分析修正STAD性能提供数学依据。最后采用蒙特卡洛仿真方法对修正STAD的检测性能进行了分析。研究结果表明,修正STAD适用于阵元数目足够多(超过32个阵元)、阵列法向未对准目标的情况,此时相对于传统STAD,修正STAD可以表现出更好的检测性能和更优的稳健性。

关键词：声呐信号处理空时自适应检测(STAD) 修正失配

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一种合成孔径声呐图像目标分割方法

仪器仪表学报 2016年第4期37卷 887-894页

作者：翟厚曦江泽林张鹏飞田杰刘纪元中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

合成孔径声呐图像的信噪比低于普通光学图像,使图像分割成为合成孔径声呐图像处理中的重要环节。本文研究了表示合成孔径声呐图像数据分布的瑞利混合模型,结合马尔科夫随机场模型,将其应用于声呐图像水下目标(亮区)分割;通过最大期望算... 详细信息

合成孔径声呐图像的信噪比低于普通光学图像,使图像分割成为合成孔径声呐图像处理中的重要环节。本文研究了表示合成孔径声呐图像数据分布的瑞利混合模型,结合马尔科夫随机场模型,将其应用于声呐图像水下目标(亮区)分割;通过最大期望算法分别估计目标和背景的瑞利混合模型参数,并利用该参数使用Graph cut方法进行马尔科夫随机场图像分割,通过重复迭代,最后形成稳定的目标分割结果;对实际的声呐图像进行了数据分析及目标分割,结果表明瑞利混合模型在描述合成孔径声呐声图上有良好的性能,可以改善目标分割的效果。

关键词：图像分割瑞利混合模型马尔科夫随机场

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复杂地形对风关海洋环境噪声特性影响

哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1505-1512页

作者：衣雪娟林建恒江鹏飞孙军平单元春中国科学院声学研究所北海研究站山东青岛266114 中国科学院大学北京100049

海山/岛礁附近的海底地形往往复杂多变,起伏海底对海洋波导中的声传播具有重要影响,使海底地形多变海域的海洋环境噪声建模和仿真计算的难度增加。本文采用射线理论的N×2D和3D三维算法,依据变化海底地形海域的地形数据,建立了复杂海底... 详细信息

海山/岛礁附近的海底地形往往复杂多变,起伏海底对海洋波导中的声传播具有重要影响,使海底地形多变海域的海洋环境噪声建模和仿真计算的难度增加。本文采用射线理论的N×2D和3D三维算法,依据变化海底地形海域的地形数据,建立了复杂海底地形海域的风关海洋环境噪声模型。模型的计算结果表明:在负梯度声速剖面条件下,接收点各方位扇区的海洋环境噪声级和垂直指向性,在海山/岛礁方位与平坦海底方位的结果明显不同;距海山/岛礁较近接收点的总噪声级略高于较远的接收点;在声速不随距离和方位变化的情况下,N×2D三维近似和3D算法所得到的风关噪声级的深度分布、噪声垂直指向性,以及扇区风关噪声级和垂直指向性虽有所区别,但变化趋势相同,对于复杂地形海域如水平方向声速不发生剧变,当计算时间有限制时,可选用N×2D算法计算风关海洋环境噪声特征。

关键词：海底地形海洋环境噪声岛礁海山风关噪声射线理论三维模型噪声级垂直指向性

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岛礁海域海洋环境噪声垂直分布和垂直指向性

声学学报 2021年第6期46卷 1114-1123页

作者：单元春林建恒衣雪娟江鹏飞孙军平李娜中国科学院声学研究所北海研究站青岛266114 中国科学院大学北京100049

依据岛礁海域复杂海底地形、海试期间航船分布和实测风速数据,应用射线声传播理论,建立岛礁海域海洋环境噪声三维模型。在海试岛礁海域深海声道条件下,采用射线3D算法,仿真计算了32元垂直测量阵所处265〜885 m负声速梯度深度范围内1 kHz... 详细信息

依据岛礁海域复杂海底地形、海试期间航船分布和实测风速数据,应用射线声传播理论,建立岛礁海域海洋环境噪声三维模型。在海试岛礁海域深海声道条件下,采用射线3D算法,仿真计算了32元垂直测量阵所处265〜885 m负声速梯度深度范围内1 kHz风关和50 Hz远处航船海洋环境噪声级垂直分布,以及50 Hz航船海洋环境噪声垂直指向性,并与实测分析进行比较。结果表明,仿真结果与海试实测数据一致性良好。在本例海底起伏、接收点周边存在众多岛礁和海底山的三维环境中,1 kHz风关海洋环境噪声级随深度分布较近于均匀;西南方向较远处航道区海域海底较平坦,航道区至接收阵为缓斜坡海底,50 Hz远处航船海洋环境噪声级随深度有所增加,其噪声垂直指向性无明显水平凹槽。文中建立的岛礁海域海洋环境噪声三维模型,可较好地表征本例岛礁复杂地形海底起伏海域的风关和航船海洋环境噪声级的垂直分布、及航船环境噪声的垂直指向性,实测和仿真的岛礁海域海洋环境噪声相关数据,可供实际应用及相关研究参考。

关键词：海洋环境噪声三维模型深海声道海底山垂直测量风关声传播深度分布

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基于超声驻波场的水下颗粒操控研究

声学技术 2022年第2期41卷 220-227页

作者：张洁刘春泽王欢许小芳周红生中国科学院声学研究所东海研究站上海201815 中国科学院大学北京100049

超声波产生的声辐射力可以实现对微小物体的操控。针对微米尺度颗粒在液体环境的操控问题,基于黏性介质中的声辐射力理论,建立由双凹球面聚焦超声换能器驱动下的水下颗粒操控模型。利用COMSOL软件仿真了模型的声场、声流场及颗粒操控动... 详细信息

超声波产生的声辐射力可以实现对微小物体的操控。针对微米尺度颗粒在液体环境的操控问题,基于黏性介质中的声辐射力理论,建立由双凹球面聚焦超声换能器驱动下的水下颗粒操控模型。利用COMSOL软件仿真了模型的声场、声流场及颗粒操控动态过程,最后通过水下颗粒操控实验对仿真结果进行验证。研究发现,颗粒在水下操控过程受到声辐射力与声流曳力的共同作用,由声波干涉作用形成的局部驻波场主要依靠声辐射力将颗粒团聚在波节位置,但随着颗粒尺寸的减小,颗粒无法继续束缚,颗粒操控将由依靠声辐射力转变为声流曳力。此外声场强度的增加会增强颗粒操控的抗扰动能力。

关键词：超声操控声辐射力声学流驻波声场

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一种合成孔径声纳图像线目标提取方法

应用声学 2016年第3期35卷 265-271页

作者：韦琳哲翟厚曦江泽林张鹏飞张武刘纪元中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

本文研究了针对高分辨率合成孔径声纳图像中常见的管道、线缆等重要水下设施的线目标提取方法。基于图割理论的Grab Cut算法相比其他迭代算法具有较快的收敛速度,但需要人工辅助选定前/背景区域的初始化条件;为此,本文设计了基于尺度放... 详细信息

本文研究了针对高分辨率合成孔径声纳图像中常见的管道、线缆等重要水下设施的线目标提取方法。基于图割理论的Grab Cut算法相比其他迭代算法具有较快的收敛速度,但需要人工辅助选定前/背景区域的初始化条件;为此,本文设计了基于尺度放缩后进行Radon变换的感兴趣区域提取环节,作为Grab Cut的初始化步骤解决方案,使之可以快速自动解译;此外,该优化方案还缩小了模型训练的样本容量,提升了直线目标的提取精度和效率。经实验验证,该方法可以快速准确地提取直线目标,且具有相对较强的鲁棒性。

关键词：合成孔径声纳图像分割 Radon变换 Grab Cut