APP下载

矢量传感器多极子化组合前景

2017-02-17杨士莪

哈尔滨工程大学学报 2017年1期
关键词:多极哈尔滨工程大学方向性

杨士莪

(哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

矢量传感器多极子化组合前景

杨士莪

(哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

本文根据多极子组合所接收的目标信号强弱,各向同性环境噪声强弱,各阵元自噪声的累加效应,以及各阵元间由于入射声波引发的互散射,分析其接收信噪比的变化,从而推断其使用的可能性。

矢量传感器; 多极子组合; 信噪比; 自噪声

作为由水听器和同振式质点振速传感器组合而成的矢量传感器,自二十世纪七十年代问世以来,由于其能实现声压和质点振速的同点测量,且具有宽带一致的“8”字形方向性,有利于低频信号检测,因而很快获得了广泛应用。但为了能利用矢量传感器在尽可能小的尺度上形成阵列,从而获得对低频信号更尖锐的方向性,最方便的办法是将各矢量传感器按需要组成不同阶的多极子[1]。本文的目的,即在于分析不同阶多极子的工作性能,以判定合适的多极子组合选用阶次; 为了讨论上的简明, 除特别标明的情况以外, 将仅限于考虑二维空间环境条件, 这对于在浅海条件下使用低频信号进行工作的情况,具有一定的合理性, 同时这样所获得的规律也有一定的普适性。

图1 矢量传感器方向性图Fig.1 Directional pattern of vector sensor

虽然理论上质点振速传感器应具有“8”字形方向性,相当于一个二极子,但工程上可能制造出的质点振速传感器,不可能具有严格的“8”字形方向性,而将具有如图1所示的水平方向性,这时具有正负相位的两个圆并非相切, 而有少许的相交, 因而其水平方向性将具有式(1)和(2)所给出的形式:

(1)

(2)

(3)

(4)

这时其所接收到的各向同性噪声将比水听器所接收到的噪声小0.425dB, 与三维条件下所得到的结果十分相近, 因此仅考虑二维情况将不至于和实际条件有过大的差异。

(5)

在讨论使用多极子方案组成小型矢量阵时,还应该了解不同阵元间由入射声波引发的互散射,对阵元接收灵敏度所带来的影响。对低频工作环境来说,阵元尺寸将远小于入射声波波长,可将其近似看作半径等于b的小球,这时其散射声场的势函数可近似写为[4]:

(6)

式中:r为接收点与球心距离,ϑ为接收点方向与入射声波方向间夹角。只要各阵元排列不过于紧密r≫b,则其互散射影响可以忽略不计,因而在利用多极子方案组成矢量传感器阵时,需考虑尽量做小传感器尺寸,并合理选择各传感器间距;在当前技术条件下,实现最高不超过五阶多极子矢量传感器阵是完全可能的。

综上,由于矢量传感器各阵元均具有宽带一致的方向性,所以当按照多极子方式组合时,最终形成的基阵也将具有宽带一致的方向性。即或是用在次声频段,整个基阵的尺寸也将远小于通常水听器阵的尺寸,因而更便于安装操作,但其成阵的计算程序,将完全不同于水听器阵的成阵算法,且对其中振速传感器自噪声的要求,也将远高于通常减震用加速度计的自噪声,这是在生产过程中需要特别注意的问题。

[1]YANG Shie. Directional pattern of a cross vector sensor array[J]. The journal of the acoustical society of America, 2012, 131(4): 3484.

[2]孙贵青. 矢量水听器检测技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2001.

[3]陈洪娟. 中频小型矢量水听器设计研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2005.

[4]杨士莪. 声学原理概要[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2015.

Perspective of multi-pole-forming by vector sensor

YANG Shie

(College of Underwater Engineering,Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

In this paper, the received signal intensity, noise intensity of isotropic ambient noise, total self-noise, and mutual scattering effect caused by the incident wave of a multi-pole transducer were analyzed. The potential of the applicability of multi-pole-forming was deduced by the value of SNR.

vector sensor;multi-pole transducer;SNR;self-noise

2016-09-19.

时间:2016-12-12.

杨士莪(1931-),男,教授,博士生导师,中国工程院院士.

杨士莪,E-mail: yangshie@hrbeu.edu.cn.

10.11990/jheu.201609054

TB565

A

1006-7043(2017)01-0101-02

杨士莪. 矢量传感器多极子化组合前景[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2017, 38(1): 102-103. YANG Shie. Perspective of multi-pole-forming by vector sensor[J]. Journal of Harbin Engineering University,2017, 38(1): 102-103.

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20161212.1631.026.html

猜你喜欢

多极哈尔滨工程大学方向性
国务院历次机构改革的方向性探析
Research on Real Meaning of American Dream in Great Gatsby
Research on Uranium Mining
新时期高职数学的教学改革方向探究
An Analysis of Mood System of Narrative Rock Song Lyrics and Its Interpersonal Functions
高中语文总复习技巧的研究
农村改革要避免方向性错误
应用于舰载天线电磁兼容性分析的改进多层快速多极子算法
多极子阵列声波测井在煤层气勘探开发中的应用
积极为构建“多点多极”战略提供咨询服务