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矢量声场与矢量信号处理理论研究

王德俊  
【摘要】:声传播和信号处理模型是水声系统的两个基础理论,基于矢量水听器的水声系统也是如此。矢量水听器信号处理技术经过十几年快速发展,展示出相比于声压信号处理技术的优点后,它在物理和信号理论方面需要更深入的基础研究,以更明确、更好地挖掘其内在的潜力。本文尝试在这两方面做一些基础性的探索研究。 “智能”水雷声引信、目标低噪声辐射声场测量和港口目标声特性监测等场合均关注近程(2Km以内)声场。因而,本文探讨近程声场的预报方法。 侧面波对近程声场有重要贡献,已发表的公开文献中仅对侧面波声场作近似估计,本文指出这些对侧面波声场的预报误差均较大。本文给出了侧面波声场的精确数值预报方法,从而有可能较精确预报近程声场。 只有在近程声压场精确预报的基础上才能用数值差分法计算振速场,本文的近程声场预报方法符合此要求。 由于矢量传感器正逐步被推广应用,对近程矢量场增加了解是必须的。本文通过数值计算,初步描绘了振速场的物理图像。 本文对比了波动理论、简正波声场和射线模型的声场预报结果,给出了后二种方法的近似程度。仅考虑简正波声场仅适合远程声场预报,它不适合近程声场预报。射线模型适合高频声场的预报,当kh100时射线模型声场预报有足够高的近似精度。 本文另一部分内容讨论矢量信号处理的基础理论。基于声能流的方法,解决了声压信号处理固有的部分缺陷,提高了处理增益和方位估计精度,试验证明是比较实用的方法。对这种方法作理论建模是必要的,是有实际意义的。 本文推导了矢量水听器频域测量模型和模型参数。该测量模型便于推导互谱、平均声强以及方位估计的概率密度,进而深入分析矢量信号处理方法的性能。 根据频域测量模型,推演得到互谱、平均声强等声能流的概率密度公式,


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