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相位感知的水下平台背景宽带噪声干扰抑制

声学学报 2024年第3期49卷 492-500页

作者：杨洋郭良浩宫在晓刘建军中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对水下航行器等平台存在宽带背景噪声干扰导致目标检测能力下降问题,提出一种适用于多通道水听器阵列的深度学习宽带背景噪声干扰抑制方法。该方法通过含干扰信号的多通道频域特征级联保留了相位信息,使用深度复数神经网络建立了一个... 详细信息

针对水下航行器等平台存在宽带背景噪声干扰导致目标检测能力下降问题,提出一种适用于多通道水听器阵列的深度学习宽带背景噪声干扰抑制方法。该方法通过含干扰信号的多通道频域特征级联保留了相位信息,使用深度复数神经网络建立了一个估计纯净目标信号频谱特征的学习模型实现干扰抑制,再利用常规波束形成方法实现目标检测与跟踪。仿真结果表明,在信干比为-15 dB,-20 dB,-25 dB的双目标信号条件下,所提干扰抑制方法可以有效减少近场干扰影响,提高了常规波束形成的检测能力。湖试结果表明,该方法能够自适应地实现平台宽带背景噪声干扰抑制,有效提升目标检测和跟踪性能。

关键词：干扰抑制水下平台机器学习波束形成

联合通道随机关闭和反卷积的水平阵波达方位估计

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声学学报 2024年第1期49卷 1-15页

作者：屈嵩岳郭良浩董阁中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对阵元位置失配时反卷积常规波束形成方法会在旁瓣位置产生能量较高的伪信号特征的问题,提出了一种联合通道随机关闭和反卷积的水平阵波达方位估计方法,计算不同方向的加权向量时在阵列孔径不变的前提下随机关闭一定数目的阵元。该方... 详细信息

针对阵元位置失配时反卷积常规波束形成方法会在旁瓣位置产生能量较高的伪信号特征的问题,提出了一种联合通道随机关闭和反卷积的水平阵波达方位估计方法,计算不同方向的加权向量时在阵列孔径不变的前提下随机关闭一定数目的阵元。该方法能保持点传播函数字典矩阵在对角线附近的结构不变,在矩阵其他区域引入噪声,从而抑制伪信号特征的产生。仿真实验证实,在可工作范围内,该方法相比于反卷积常规波束形成能大幅抑制背景能量,显著提高目标信号峰值背景对比度。此外,利用SWellEx96实验数据进一步验证了该方法抑制背景能量和实现目标信号检测的优良性能。

关键词：波达方位估计反卷积波束形成阵元位置误差

基于多层水平变化浅海海底模型的低频反演方法

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物理学报 2024年第5期73卷 167-177页

作者：康娟彭朝晖何利李晟昊于小涛中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学物理学院北京101407

准确获取海底声学参数对声场分析、声纳应用等具有重要意义.反演是获取海底声学参数的重要手段之一.为了避免反演中的多值问题,地声反演往往尽量减少待反演参数,多采用单层或双层水平不变地声模型,反演后的声学参数仅能在有限频段应用,... 详细信息

准确获取海底声学参数对声场分析、声纳应用等具有重要意义.反演是获取海底声学参数的重要手段之一.为了避免反演中的多值问题,地声反演往往尽量减少待反演参数,多采用单层或双层水平不变地声模型,反演后的声学参数仅能在有限频段应用,难以同时应用于较宽频段.本文以实验中浅地层剖面仪测量的海底沉积层分层结构为基础建立地声模型,采用多物理量分步联合手段反演各沉积层声学参数,并通过匹配场定位、后验概率分析、采样等手段对反演结果进行验证.将反演结果与单层等效地声模型反演结果进行对比分析,结果说明,本文建立的多层水平变化海底声学参数更接近真实情况,可以应用在较宽频段范围,解释不同声学现象,且精度更高.

关键词：宽带地声反演多层水平变化海底简正波频散传播损失

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局部放电中声波产生机理及仿真分析

应用声学 2024年

作者：王巍然安志武中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院大学

局部放电是电力设备安全运行的严重隐患。超声法可以探测局部放电发出的声波并定位声源，是一种被广泛应用的检测手段。为了更加准确地描述局部放电产生超声波的机理和过程，该文针对电晕放电这一典型的局部放电现象在理论上分析了其产... 详细信息

局部放电是电力设备安全运行的严重隐患。超声法可以探测局部放电发出的声波并定位声源，是一种被广泛应用的检测手段。为了更加准确地描述局部放电产生超声波的机理和过程，该文针对电晕放电这一典型的局部放电现象在理论上分析了其产生声波的机理。该理论基于流体动力学理论，将带电粒子的连续性方程、电场泊松方程和有源声波方程进行耦合，并利用有限元仿真求解出了声场分布。结果表明：声源附近处的声波频率和放电电流脉冲频率保持一致；声波具有较强的指向性，针尖正下方的声场明显强于其他方向；随着传播距离的增大，声波出现明显衰减，且高频分量衰减更快，表现为峰值频率向低频漂移；放电电流脉冲幅值、声压大小和峰值频率均和外接电压幅值呈正相关。相关结果能较好地明晰电学量与声学量之间的关系，为局部放电超声检测法的定量化研究提供一定帮助。

关键词：局部放电电晕放电发声机理仿真分析流体动力学模型

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移动强干扰条件下大孔径阵列稀疏空间谱估计

声学学报 2024年第4期 696-708页

作者：唐灿张波李风华中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室中国科学院大学

无源声呐阵列的目标方位估计性能受到强干扰的显著影响,在干扰源快速移动时大孔径阵列还可能存在快拍不足的问题,为此提出一种结合波束域预处理以实现干扰抑制和数据降维的稀疏空间谱估计方法。首先在预处理阶段对干扰方向形成自适应零... 详细信息

无源声呐阵列的目标方位估计性能受到强干扰的显著影响,在干扰源快速移动时大孔径阵列还可能存在快拍不足的问题,为此提出一种结合波束域预处理以实现干扰抑制和数据降维的稀疏空间谱估计方法。首先在预处理阶段对干扰方向形成自适应零点,并通过协方差矩阵锥化展宽零点,然后对预处理后的波束域数据应用稀疏贝叶斯学习进行空间谱估计。与现有方法相比,波束域预处理可以有效减少阻带范围内干扰声源的影响,提高通带范围内空间谱估计的精度和计算效率,零点展宽可以进一步加强稳健性,避免出现快拍不足问题。仿真分析和海试结果表明,所提方法在移动强干扰条件下仍能准确估计目标声源的多途到达角,且计算时间远低于阵元域稀疏方法。

关键词：大孔径阵列空间谱估计波束域预处理零点展宽稀疏贝叶斯学习

基于有限差分的部分饱和双重孔隙介质弹性波模拟与分析

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物理学报 2024年第10期73卷 20-29页

作者：石志奇何晓刘琳陈德华中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心北京100190

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期... 详细信息

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期地震反演成像工作奠定基础.本文基于Santos-Rayleigh部分饱和双重孔隙介质模型,利用交错网格有限差分算法模拟并分析了双重孔隙介质中的波场快照和波形曲线.采用Zener黏弹性模型近似表征介观流机制,结果表明Zener模型能够较好地反映快纵波传播特征,却无法表征慢纵波P3波在低频段的衰减特征.利用时间分裂法解决波动方程的刚性问题,提高计算效率.利用解析解验证了有限差分算法正确性的基础上,模拟了均匀介质和分层介质中的波场快照和波形曲线,清晰直观地反映了快纵波在地震频段的强衰减特征,与双重孔隙理论模型预测结果一致.模拟结果有助于进一步理解非均匀部分饱和孔隙介质中的弹性波传播特征.

关键词：双重孔隙介质有限差分频散与衰减

融合跨说话人韵律迁移的多语种文本到波形生成

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声学学报 2024年第1期49卷 171-180页

作者：尚增强张鹏远王丽中国科学院声学研究所语言声学与内容理解重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

在多语种语音合成任务中,由于单人多语种数据稀缺,让一个音色同时支持多种语言合成变得非常困难。不同于已有方法仅在声学模型中解耦音色和发音,提出一种融合跨说话人韵律迁移的端到端多语种语音合成方法,采用两级层级条件变分自编码器... 详细信息

在多语种语音合成任务中,由于单人多语种数据稀缺,让一个音色同时支持多种语言合成变得非常困难。不同于已有方法仅在声学模型中解耦音色和发音,提出一种融合跨说话人韵律迁移的端到端多语种语音合成方法,采用两级层级条件变分自编码器直接建模从文本到波形的生成过程,并解耦了音色、发音和韵律等信息。该方法通过迁移目标语种已有说话人的韵律风格来改善跨语种合成的韵律。实验表明,所提模型在跨语种语音生成上获得了3.91和4.01的自然度和相似度平均意见得分,相比基线跨语种合成字错误率降低到5.85%。韵律迁移以及消融实验也进一步证明了该方法的有效性。

关键词：多语种语音合成韵律迁移变分自编码器韵律解耦

基于改进SSD的合成孔径声纳图像感兴趣小目标检测方法

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电子学报 2024年第3期52卷 762-771页

作者：李宝奇黄海宁刘纪元刘正君韦琳哲中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院先进水下信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

轻量化目标检测模型SSD-MV3(Single Shot Detection-MobileNet V3)因输入图像尺寸限制无法直接检测高分辨率大尺寸合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar,SAS)图像中感兴趣小目标.为此,本文提出了一种新的目标检测方法HRSSD(High Resol... 详细信息

轻量化目标检测模型SSD-MV3(Single Shot Detection-MobileNet V3)因输入图像尺寸限制无法直接检测高分辨率大尺寸合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar,SAS)图像中感兴趣小目标.为此,本文提出了一种新的目标检测方法HRSSD(High Resolution Single Shot Detection),该方法通过冗余切割确保SSD-MV3输入图像尺寸的规范以及感兴趣小目标的完整,并利用二次非极大值抑制保证检测结果的唯一.此外,提出了一种尺度、空间和通道注意力机制联合的特征提取模块,并利用该模块重新设计了SSD-MV3的基础网络和附加特征提取网络,记作SSD-MV3P(Single Shot Detection-MobileNet V3 Pro),使得SSD-MV3P能更有效的感知感兴趣小目标特征信息.实验结果表明,在感兴趣小目标检测数据集SST(Sonar Small Targets)上,SSD-MV3P的平均检测精度(mean Average Precision,mAP)比SSD-MV3提升4.39%.HRSSD实现了高分辨率大尺寸SAS图像感兴趣小目标的检测,并且保证了同一位置上检测结果的完整性和唯一性.

关键词：合成孔径声纳感兴趣小目标检测轻量化目标检测模型注意力机制二次非极大值抑制

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冰下非高斯噪声下的范数约束波束形成方法

声学学报 2024年第2期49卷 286-297页

作者：吕玉娇黄海宁张扬帆迟骋中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院先进水下信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为解决冰下环境中噪声模型失配导致方位估计误差较大的问题,提出了一种基于范数约束的波束形成方法。该方法通过对接收信号进行范数约束来优化数据协方差矩阵,克服非高斯噪声带来的模型失配问题,提升方位估计的准确率。信号范数约束的... 详细信息

为解决冰下环境中噪声模型失配导致方位估计误差较大的问题,提出了一种基于范数约束的波束形成方法。该方法通过对接收信号进行范数约束来优化数据协方差矩阵,克服非高斯噪声带来的模型失配问题,提升方位估计的准确率。信号范数约束的性能分析表明,范数约束可有效抑制非高斯噪声。仿真及试验结果表明,在冰下环境中对接收信号进行范数约束后再实施波束形成可有效提高方位估计结果的准确度和稳定性。

关键词：冰下探测方位估计范数约束对称α稳定分布冲激噪声