Pekeris波导中矢量水听器定向性能分析

柔性元件对同振式矢量水听器接收性能影响研究一、引言- 研究背景和意义- 文献综述- 研究目的和重要性二、同振式矢量水听器的原理和性能特点- 同振式矢量水听器的结构特点- 同振式矢量水听器的的工作原理- 同振式矢量水听器的性能指标和影响因素三、柔性元件对同振式矢量水听器接收性能的影响机理- 柔性元件的作用模式- 柔性元件对同振式矢量水听器接收性能的影响机理分析- 实验验证结果四、设计制备柔性元件对同振式矢量水听器的性能提升- 设计薄膜柔性元件结构参数- 制备柔性元件- 对同振式矢量水听器进行改进和优化- 实验结果和分析五、结论和展望- 结果总结和评价- 同振式矢量水听器接收性能提升的局限性和不足- 展望未来研究方向和重点注：本提纲仅供参考，具体论文结构可根据实际需要进行调整和完善。

第一章：引言在过去几十年中，海洋学在科研、工业及军事领域得到了广泛的应用，其中水听器是海洋声学研究的关键设备之一。

同振式矢量水听器的性能优越，可以应用于海洋声学探测、测量技术以及军事应用等方面。

但是，在实际应用中，同振式矢量水听器也存在一些问题，比如其接收性能的受到一定的限制。

因此，研究同振式矢量水听器的接收性能提升方法，是当前海洋声学领域的一个重要研究方向。

本篇论文旨在通过研究柔性元件对同振式矢量水听器接收性能影响，并设计制备柔性元件对同振式矢量水听器的性能进行提升。

通过实验验证，研究柔性元件对实现同振式矢量水听器接收性能提升的效果。

首先，本章将介绍同振式矢量水听器的工作原理以及其性能特点。

其次，将综述已有的同振式矢量水听器接收性能相关的研究。

最后，通过阐述论文的研究目的和意义，为后续研究做好铺垫。

1.1 研究背景和意义海洋环境的复杂性和不确定性给海洋科学的研究和应用带来了巨大的挑战，因此海洋声学研究尤其重要。

水听器是一种通过接收海洋声波信号获得关于海洋环境信息的装置。

同振式矢量水听器具有体积小、灵敏度高、方向性好等优点，在海洋勘探、海洋资源开发、海洋环境监测以及军事领域等方面有广泛的应用前景。

基于ESPRIT算法的矢量水听器阵方位估计性能分析王绪虎;陈建峰;韩晶;安芹力【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2013(035)003【摘要】研究了矢量水听器阵利用旋转不变子空间(estimation of signal parameters via rotational invariance technique,ESPRIT)算法估计目标方位的问题,分析了几种处理方式的内在机理,并推导了它们的理论误差公式.针对利用振速分量直接估计方位受声源方位影响较大的问题,提出了一种角度融合的方法来提高方位估计性能.仿真结果表明,理论误差与实际非常吻合,提出的优化融合处理方法提高了目标方位估计的精度,降低了估计误差随方位角度变化波动的程度.%The intrinsic essence of direction of arrival (DOA) estimation of the vector hydrophone array utilizing the estimation of signal parameters via the rotational invariance technique (ESPRIT) algorithm is analyzed and the theoretical error formulas for several DOA estimation methods are deduced. There is a large fluctuation with source direction of DOA estimation performance directly using the particle velocity components. Aiming at this problem, a weighted angle fusion algorithm is proposed. The DOA estimation errors of simulation are in good agreement with the theoretical errors. The simulation results also indicate that the proposed method improves the accuracy of direction-finding and decreases the standard deviation fluctuation of DOA estimation with source direction compared with the existing algorithm.【总页数】6页(P481-486)【作者】王绪虎;陈建峰;韩晶;安芹力【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TN911.7【相关文献】1.一种新的声矢量阵远程ESPRIT方位估计算法 [J], 白兴宇;杨德森;姜煜;赵春晖2.基于ESPRIT算法的L-型矢量阵源方位估计 [J], 张揽月;杨德森3.基于MUSIC算法的矢量水听器阵源方位估计 [J], 张揽月;杨德森4.ESPRIT方法在矢量水听器多目标方位估计中的应用 [J], 王伟5.一种基于多重信号分类法的矢量水听器阵方位估计算法 [J], 蔡中辉;马伯乐;俞育新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏【摘要】设计了一种自主定向的磁复合三维MEMS矢量水听器.该矢量水听器采用三维MEMS加速度传感器与磁传感器结构复合设计,并采用与信号处理电路紧靠方式,可减小噪声干扰及抑制信号衰减.通过磁复合三维MEMS矢量水听器解决单个矢量水听器定向精度不高问题.该矢量水听器完成了水下驻波场测试和无磁转台测试,测试结果验证了利用磁传感器补偿矢量水听器定向方法的可行性.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2014(009)006【总页数】5页(P653-657)【关键词】MEMS;矢量水听器;磁传感器;水声探测;定向精度【作者】李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏【作者单位】中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001;中国电子科技集团公司第49所,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP221随着水听器技术的发展，利用矢量水听器获取水下声信息并进行水下目标的探测、定向方法，正逐渐成为海洋环境监视、探测及水下目标识别的一种有效手段［1，2］。

1997年国内首次通过技术引进，系统地开展矢量水听器技术专题研究。

1998年进行了国内首次矢量水听器外场试验，2000年进行了国内首次矢量水听器海上试验，效果良好，为矢量水听器的工程应用做出了重要贡献［3，4］。

基于MEMS技术研制的矢量水听器正逐渐向微型化，集成化发展［2］。

利用MEMS技术研制的单矢量水听器可以实现目标定向功能，但如何使单个矢量水听器能更好地为对空间目标进行定向是当前研究的重点和难点。

设计了一种自主定向及目标判别的磁复合三维MEMS矢量水听器，采用磁传感器、三维MEMS矢量水听器结构复合设计技术及信号处理技术相结合，使该矢量水听器具有三维声信号检测、低频检测能力，目标定向能力，同时具有结构简单、小型化，稳定可靠等特点，能够提高对水声信号的探测能力。

一种新型同振式矢量水听器的结构设计与性能研究谢攀;徐袭【摘要】A new suspension system with central fixed is designed by studying the amplitude frequency characteristics of the piezoelectric accelerometer. The design scheme of the co- vibration vector hydrophone with the new suspensionsys-tem is presented, and its performance is simulated. The results show that the central fixed vector hydrophone has compact structure and convenient installation, which is suitable for the installation of the underwater small size platform. It canaccur-ately measure the sound pressure and particle velocity information in the working band.%本文通过分析压电加速度计的幅频特性,设计一种中心位置固定安装的悬挂系统,给出对应的新型同振式矢量水听器的设计方案,并对其性能进行仿真分析.结果表明,中心固定式矢量水听器结构紧凑、安装方便,适合水下小尺寸平台的安装使用,在工作频带内可准确测量声场中声压与质点振速信息.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2017(039)009【总页数】4页(P148-150,168)【关键词】矢量水听器;悬挂系统;仿真分析【作者】谢攀;徐袭【作者单位】中国人民解放军91388部队,广东湛江 524022;中国人民解放军91388部队,广东湛江 524022【正文语种】中文【中图分类】TB565.1矢量水听器是一种能够探测水声振速、加速度等矢量信号的传感器[1]，其低频指向性好，空间增益高，较传统声压水听器及其基阵体积更小[2-3]。

标矢量水听器阵列的定向性能对比研究陈桂英;刘慧敏;邢丽萍;张国军;张文栋【摘要】随着信号频率的不断降低,标量水听器阵列在保持一定增益、束宽的条件下,阵列孔径越来越大;而且,标量水听器阵列的方位分辨存在左右舷模糊的问题.而矢量水听器阵列能够解决上述问题.文中采用三元均匀线阵进行实验,分别从阵列单频信号定向、阵列增益和阵列的静、动态目标方位历程估计三个方面对标量水听器阵列和矢量水听器阵列的定向性能进行了比较.实验结果表明:矢量水听器阵列的灵敏度更高,定向和定位更精确,能够克服左右舷模糊问题,能够获得更高的信噪比,不仅能对静态目标进行方位估计,而且还能对动态目标进行方位估计,表明矢量水听器阵列在提取信号方面具有更大的优势.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P91-93,97)【关键词】标量水听器阵列;矢量水听器阵列;信噪比;定向;方位估计【作者】陈桂英;刘慧敏;邢丽萍;张国军;张文栋【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术重点实验室,山西太原030051;北京航天控制仪器研究所,北京100854;北方自动控制技术研究所,山西太原030006;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TB5650 引言水声检测及定位系统是利用水听器阵列拾取声场信息，对其进行处理，从而判断是否存在目标，估计目标运动参数，对目标进行定位。

随着信号频率的不断降低，标量水听器阵列在保持一定增益、束宽的条件下，阵列孔径越来越大；而且，标量水听器阵列的方位分辨存在左右舷模糊的问题。

而矢量水听器阵列能够解决上述问题[1]。

矢量水听器能够接受振速和声压信号，标量水听器只能接受声压信号。

在水下声场中，噪声可以分为各向同性噪声和各向异性噪声，由于振速具有与频率无关的自然指向性，能很好的抑制各向同性噪声，而声压是标量，不能抑制各向同性噪声，所以矢量水听器在接收声场信号上要比标量水听器优越。

MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展李俊红;马军;魏建辉;任伟【摘要】MEMS piezoelectric hydrophone and vector hydrophone have the advantages of miniaturization, low power consumption, low cost, easy to array, low noise, passive. The MEMS hydrophone and vector hy-drophone based on ZnO films were studied. The results show that the sensitivity of silicon micro piezoelectric hydrophone is ?192 dB (ref. 1 V/μPa), which basically meets the practical requirements. The equivalent acoustic pressure sensitivity of MEMS vector hydrophone is?229.5 dB(ref. 1V/μPa),which is 17 dB higher than that of the same type of MEMS piezoresistive vector hydrophone,but has not met the practical require-ments. In order to further improve the sensitivity of MEMS vector hydrophone,the separated electrodes series structure and the piezoelectric composite cantilever structure with U grooves were used in the design of MEMS vector hydrophone,the vanadium doped ZnO film with a higher piezoelectric coefficient was used as piezoelectric layer,and the MEMS process of piezoelectric hydrophone was improved.%基于微电子机械系统制造技术的MEMS 压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点.对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为?192 dB(ref. 1 V/μPa),基本达到实用化的要求.MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为?229.5 dB(ref. 1 V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB,但还未达到实用化要求.为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显著提高MEMS矢量水听器的灵敏度.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】5页(P101-105)【关键词】微电子机械系统;水听器;ZnO薄膜;灵敏度【作者】李俊红;马军;魏建辉;任伟【作者单位】中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190;中国科学院声学研究所北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN3841 引言水听器是测量流体中声场(声压)的器件，其中压电式水听器是最为普遍采用的一种水听器。

适用于外场环境的矢量水听器校准方法李晋;王晓庆【摘要】针对矢量水听器通道一致性校准问题,提出了一种适用于外场环境的矢量水听器校准方法.该方法通过复声强流处理估计远场参考声源的方位,利用振速通道的电子旋转形成指向参考声源方位的矢量输出,计算矢量水听器矢量通道灵敏度和相位差相对声压通道的补偿值.方法只需要一个远场参考声源,降低了矢量通道校准对环境和测试仪器的条件限制,提高了矢量水听器的校准效率.外场试验结果表明,该方法有效地实现了矢量水听器通道一致性的校准.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2019(049)009【总页数】5页(P838-842)【关键词】矢量水听器;校准;复声强流;通道灵敏度;通道相位差【作者】李晋;王晓庆【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北石家庄 050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北石家庄 050081【正文语种】中文【中图分类】TP911.70 引言声压、振速联合处理是水声信号处理的发展趋势之一。

矢量水听器同点采集的声压和矢量信息不能直接应用于声压、振速联合处理，需要进行各通道灵敏度和相位差的一致性补偿(校准)，以保证其声压和矢量通道的幅相一致性。

常规的校准方法为驻波管计量，通过驻波管、单频声源以及旋转机构对待测矢量水听器进行灵敏度、相位差和指向性的测量[1]。

驻波管测量方式操作复杂、耗时长和费用高，在一定程度上限制了实际工程的应用。

驻波管测量结果一般作为矢量水听器出厂时的性能考核依据，而后由于矢量水听器的储存、运输和使用，将会导致其性能随时间发生一定程度的变化，即性能参数与出厂时的测试结果具有一定偏差，这部分偏差等效于引入了通道间的幅相不一致性，并使得声压、振速联合处理出现失配，影响矢量声纳的目标检测和方位估计性能。

因此，在矢量水听器实际应用前，应首先对其各通道进行校准，而方便有效的校准方法成为矢量水听器工程应用领域的一个研究重点[2]。

一种基于声压和加速度的矢量水听器定向方法
彭承彦;马树青;熊水东;黄良金;孟洲
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2017(36)4
【摘要】根据远场条件下水中声波的加速度和振速方向相同、相位相差π/2的特点,给出了一种加速度型矢量水听器的目标定向方法。

基本原理是先计算声压与水
平加速度和垂直加速度的互谱,再将互谱的虚部相除,最后求反正切得到目标的方位。

相比于常规的复声强器,该方法省略了从加速度转变成振速的积分过程,降低了对滤
波器的要求、减少了计算量,具有简单、易于工程实现等优点。

光纤矢量水听器的
湖上试验数据表明,基于声压和加速度的定向方法与复声强器具有相似的定向性能。

【总页数】5页(P394-398)
【关键词】矢量水听器;目标定向;加速度;复声强器
【作者】彭承彦;马树青;熊水东;黄良金;孟洲
【作者单位】国防科学技术大学海洋科学与工程研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.加速度矢量水听器定向声呐浮标的定位方法 [J], 王泽民;蒋俊培
2.一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器 [J], 李金平;史鑫;王晔;孙立凯;张鹏
3.用于矢量水听器的弯曲圆盘型声压水听器 [J], 周宏坤;洪连进;葛锡云;赵俊波;冯
雪磊
4.基于双迭片结构的三维声压梯度矢量水听器 [J], 马鑫;洪连进;黄文雪;郭广彪
5.声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法 [J], 杨德森;陈欢;时胜国
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2006年第25卷第6期 传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogies)矢量水听器综述陈丽洁1,2,张　鹏2,徐兴烨1,2,王福江3(1.哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨150001;2.中国电子科技集团公司第四十九研究所,黑龙江哈尔滨150001;3.哈尔滨电视台,黑龙江哈尔滨150001)摘　要:概述了水声换能器的内涵,水声测量用传感器的分类和作用;介绍了国外矢量水听器的技术发展及应用动态。

归纳了矢量水听器在低频、高灵敏度的检测需求趋势和在高性能、小型化的实用需求以及包括薄膜检测、阵列检测的微光学检测、ME MS检测的技术发展趋势。

关键词:矢量水听器;光学技术;M E MS技术;趋势中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2006)06-0005-04Overvi ew of vector hydrophoneCHEN L i2jie1,2,ZHANG Peng2,XU Xing2ye1,2,WANG Fu2jiang3(1.School of Acousti c Eng i n eer i n g,Harb i n Eng i n eer i n g Un i versity,Harb i n150001,Ch i n a;2.The49th Research I n stitute of Ch i n a Electron i cs Technology Group Corpora ti on,Harb i n150001,Ch i n a;3.Harb i n Telev isi on St a ti on,Harb i n150001,Ch i n a)Abstract:The concep t,classified and effect of acoustic trans m itter is addressed.The devel op ing status of vect or hydr ophone ar ound the world is intr oduced.The perfor mance on l ow frequency and high sensitivity is needed in detecti on.M ini m izati on and high perfor mance is hoped in the engineering.The trend of ME MS technique and op tics technique in vect or hydr ophone and the further influence t o the acoustic field are p redicted.Key words:vect or hydr ophone;op tics technique;ME M S technique;trend0　引　言水声学作为声学的一个分支,主要研究声波在水下的产生、辐射、传播和接收的理论,用以解决与水下目标探测、识别以及信息传输过程有关的声学问题。