基于MEMS矢量水听器阵列的测向技术研究

基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法矢量水听器是一种水下声学探测器，它能够接收并解码水下声源信号的振动信息。

通过矢量水听器可以得到目标在海底中的方位信息，方便水下目标的跟踪和监测。

在实际应用中，由于海水中信号传播的复杂性以及水听器自身的各种误差，水下目标测向仍然是一个具有挑战性的问题。

本文将介绍一种基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法。

1. 矢量水听器的基本原理矢量水听器是由两个或多个水听器组成的阵列，水听器之间相互独立，每个水听器都可以接收到目标声源的信号。

通过对接收到的信号进行分析处理，可以得到目标在海底中的方位信息。

2. 水下目标测向的常用方法常用的水下目标测向方法有双通道测向法、三通道测向法、基于时延算法的测向法、基于矢量合成的测向法等。

3. 基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，主要是通过对单个水听器接收到的信号的处理，来实现目标的测向。

具体方法如下：（1）获取接收信号的幅度、相位等信息。

（2）通过相位和幅度信息得到瞬时相位差。

（3）对瞬时相位差进行加权处理，以消除水听器自身的误差和海水传播的误差。

（4）通过加权后的瞬时相位差来计算目标的方位角。

（5）采用最小二乘法或者其他算法，对目标的测向角度进行优化。

4. 实验结果分析通过实验结果分析可以得到，基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，具有测向精度高、系统成本低等优势。

在实际应用中，可以通过该方法来实现水下目标的实时跟踪和监测。

5. 结论本文提出了一种基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，通过实验验证该方法具有测向精度高、系统成本低等优势，可以有效地实现水下目标的跟踪和监测。

在后续的研究中，可以进一步优化该方法，以适应不同应用场景的需求。

一种改进的基于矢量水听器阵列的相干信号方位估计
叶利民;邓大新
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2011(023)002
【摘要】为了对相关信号源进行方位估计,针对矢量水听器均匀线列阵,Rahamim 提出了一种方法,即将测量数据按同一类型水听器进行排列,但该方法只能实现相干信号的一维方位估计,且存在180°模糊.为此,提出了一种改进方法,即将测量数据按同一阵元位置进行排列,采用前后向空间平滑技术.这样不但能实现相干信号的二维方位估计,而且无180°模糊.仿真实验结果证明了该方法的优越性.
【总页数】4页(P90-93)
【作者】叶利民;邓大新
【作者单位】海军工程大学研究生院,武汉430033;海军工程大学兵器工程系,武汉430033
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.一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
2.非理想条件下基于矢量水听器阵列的一种快速方位估计算法 [J], 王彪;陈宇;徐千驰;高世杰;张岑
3.一种改进的WSF算法在单矢量水听器多目标方位估计中的应用 [J], 杨秀庭;孙
贵青;陈新华;李启虎
4.MEMS矢量水听器阵列方位估计的对比研究 [J], 刘宏;张国军;葛晓洋;李振;宋小鹏
5.确定性采样的矢量水听器阵列舰船目标方位估计 [J], 井岩;沈毅;冯乃章;万广南;孙明健
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基于MEMS前沿传感技术的水声专业教学实践研究目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景及意义 (2)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容及目的 (5)1.4 研究方法 (6)2. MEMS传感技术原理及应用 (7)2.1 MEMS传感器概述 (8)2.2 水声传感类型及工作原理 (9)2.3 MEMS水声传感器的特点及优势 (10)2.4 MEMS传感器的应用领域 (12)3. MEMS水声专业教学实践设计 (13)3.1 教学目标和学生需求分析 (14)3.2.1 MEMS基本原理及制作工艺 (16)3.2.2 MEMS水声传感器设计与仿真 (18)3.2.3 MEMS水声传感器实际应用案例 (19)3.3 教学活动设计 (20)3.3.1 实验室项目设计及实验 (21)3.3.2 案例分析及设计竞赛 (23)3.3.3 开放式探究及自主学习 (24)3.4 教学评价体系 (25)3.4.1 基于考核的评价 (26)3.4.2 基于实践的评价 (28)3.4.3 基于创新能力的评价 (29)4. MEMS水声专业教学实践的效果分析 (30)4.1 问卷调查与案例分析 (31)4.2 学生学习效果的评估 (32)1. 内容描述本教学实践研究以基于技术的先进水声传感器为核心，深入探讨了其在水声专业教学中的应用与实践价值。

随着科技的飞速发展，技术已逐渐渗透到各个领域，尤其在精密测量、环境监测和军事侦察等方面展现出巨大潜力。

水声专业作为海洋科学的重要分支，对于推动海洋资源的开发与保护具有重要意义。

在教学实践中，我们围绕传感器开展了多项实验和研究项目。

通过设计并制作基于技术的压力传感器、温度传感器和加速度计等水声传感器，学生不仅能够掌握器件的设计与制造工艺，还能深入了解水声信号处理的基本原理和方法。

此外，我们还结合具体应用场景，如海洋环境监测、水下目标探测与识别等，开展了一系列实际应用研究。

基于MEMS仿生矢量水听器的测距避障声纳系统设计刘林仙;张文栋;白建云;张国军;薛南【摘要】设计研制了一种基于MEMS仿生矢量水听器的高效、经济的测距系统。

该声纳系统采用收发分置的主动工作方式，单片机控制电路作为整个系统的核心部件，具有小体积、低成本、高精度、定向发射、定向接收，不受恶劣天气影响等优势。

开展了测距声纳系统设计及集成研究，确定了主动声纳信号的参数和声纳收发装置，完成了软硬件的设计。

在室内水池和室外海洋环境中完成了该系统的测试，实验结果表明，该测距声纳系统具有很好的测距功能，测距精度较高，具有广阔的应用前景。

%In recent years, the water transport efficiency and traffic safety problems become increasingly serious. This paper presents a design with implementation of an efficient and economic ranging system based on MEMS vector hydrophone. The system adopts active pulse ranging method and uses the Single Chip Microcomputer (SCM) as the core control device. The key features of the system are smaller size, lower cost, higher accuracy, directional transmission and directional reception, and not affected by the haze weather. The tests of the avoidance sonar were conducted in pool and sea. The test results show that the ranging sonar system has good ranging function and high ranging accuracy, showing a good application prospect.【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】6页(P155-160)【关键词】仿生矢量水听器;定向接收;定向发射;微机电系统;测距系统;单片机【作者】刘林仙;张文栋;白建云;张国军;薛南【作者单位】山西大学自动化系太原 030013; 中北大学电子测试技术重点实验室太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室太原 030051;山西大学自动化系太原 030013;中北大学电子测试技术重点实验室太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TB565.1Abstract In recent years, the water transport efficiency and traffic safety problems become increasingly serious. This paper presents a design with implementation of an efficient and economic ranging system based on MEMS vector hydrophone. The system adopts active pulse ranging method and uses the Single Chip Microcomputer (SCM) as the core control device. The key features of the system are smaller size, lower cost, higher accuracy, directional transmission and directional reception, and not affected by the haze weather. The tests of the avoidance sonar were conducted in pool and sea. The test results show that the ranging sonar system has good ranging function and high ranging accuracy, showing a good application prospect.Key words bionic vector hydrophone; directional reception; directional transmission; micro electromechanical system(MEMS); ranging sonar system; single chip microcomputer随着船舶的大型化、高速化发展，经常会在大雾天气下发生触礁、搁浅和碰撞等事故。

基于MEMS矢量水听器阵列的潜标系统申辉;张国军;赵鹏;薛南;张文栋【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)016【摘要】为研究MEMS矢量水听器在潜标中的应用,设计了一种可搭载其矢量阵列的潜标系统.系统阵列由4个矢量水听器组成,其姿态信息通过三维姿态传感器实时给出.矢量水听器的输出信号经前置放大电路预处理后传输至数据记录器,经采样后和姿态信息一起存储在Flash Memory中.对系统进行了海上试验,试验结果表明:潜标系统在水下工作稳定,可正确记录海洋中的水声信号.【总页数】4页(P207-210)【作者】申辉;张国军;赵鹏;薛南;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和电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TB565.2【相关文献】1.阵列式MEMS矢量水听器的信息采集系统设计 [J], 申辉;张国军;郭靖;张文栋2.MEMS 矢量水听器用于潜标系统的可行性 [J], 韩建军;张国军;张文栋;郭静;刘源3.基于MEMS仿生矢量水听器的测距避障声纳系统设计 [J], 刘林仙;张文栋;白建云;张国军;薛南4.基于FPGA的MEMS陀螺阵列信号采集系统 [J], 周中鑫;张印强;李丽娟;刘琴5.基于USB2.0的MEMS数字麦克风阵列采集系统设计 [J], 陈洁;丁磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

哈尔滨工程大学硕士学位论文基于MEMS的矢量水听器的研究姓名：孙淑珍申请学位级别：硕士专业：水声工程指导教师：洪连进20060301由系统感受到的加速度决定的。

有很多种实现方法，这些方法分别基于半导体的压阻效应、电容效应、压电效应和谐振器原理。

这些方法各有优缺点。

压阻式加速度传感器中是把被测加速度转化为电阻的变化，压电加速度计中被测加速度转化为电压变化，电容加速度计中转化为电容变化。

其中压阻式加速度传感器的缺点是具有较大的温漂，而且和电容式加速度传感器相比灵敏度较低【】６ｌ。

压电加速度计在低频段为保证高灵敏度具有体积大的缺点；而ＭＥＭＳ电容式加速度计恰恰适合工作在低频，且具有高的灵敏度【１７】，同时，电容加速度传感器还具有以下的优点：１．温度稳定性好电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。

２．结构简单，适应性强电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度；可以做得非常精巧，以实现某些特殊的测量；电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支撑，因此能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可队承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；自ｇＴｊｉ］超高压和压差。

也能对带磁工件进行测量。

１．５．２微电容式加速度传感器的研究现状国内外电容式加速度传感器有很多种类型，有硼硅膜加质量块式‘１８１见图１＿３：差动电容硅梁连质量块式【１９】见图１．４；国内外都有用梳齿结构的，如图１．５即是其中一种梳齿结构削；美国ＡＤＩ公司所生产的ＡＤｘＬ加速度有硅梁如图１．６所示结构的那样刚；图１３硼硅膜加质量块式电容加速度传感器结构图图１．４硅梁连质量块式电容加速度传感器的结构图图１．５梳齿式电容加速度传感器结构图图１．６ＡＤＸＬ加速度计的内部结构图哈尔滨工程大学硕士学位论文用在侦探信号时，需要很好的灵敏度和稳定性，而热噪声会对矢量水听器产生影晌，因而电容式加速度传感器用在矢量水听器中有着无可比拟的优点。