摘要：对于安装在水下航行器声信号接收段的水听器阵列,在其声障板上覆盖高声阻抗材料(称为信号调节板)是一种能有效提高表面声阻抗并减少信号衰减的措施。相比传统的完全覆盖方式,声栅结构(即周期性地敷设调节板阵列)可以极大地提高接收信号增益,减小接收段的质量。为了深入理解声栅结构信号增强机理,优化声栅结构设计,研究了调节板宽度、调节板厚度、入射角以及结构宽度比等因素对声栅结构信号增强性能的影响。仿真结果表明:斜入射会改变信号比(SR)的对称分布,但不会大幅改变结构的声学性能;调节板越宽、越厚,引起的非镜面散射会更强,声栅结构的信号增强性能就越好。在实际应用中,应合理设计声栅结构几何参数以满足现实环境的多重约束以达到总体性能最优,此外适中的宽度比能获得良好的总体声学性能。

摘要：本文对悬臂梁式局域共振声子晶体的带隙特性进行研究,并提出一种通用的带隙优化设计方法。首先,分析声子晶体的带隙结构和形成机理,发现模态有效质量占比是带隙能否打开的关键因素。其次,基于响应面法对声子晶体的带隙进行优化设计研究,借助参数相关性分析筛选出关键的设计变量,通过最优空间填充设计获取试验点,构建响应面模型进行多目标优化,从而获得能够匹配特定目标频率的带隙优化设计方案。最后,对提出的优化方案进行验证。结果显示,优化后的局域共振单元2条带隙均在目标频率处打开。本研究成果可为局域共振型声子晶体的带隙优化设计提供一种方法和思路。

摘要：针对传统宽带数字波束形成器精度低、主瓣误差大、旁瓣峰值高的问题,研究了一种基于二阶锥规划的FIR最小主瓣差异波束形成方法。首先采用基于FIR滤波器结构设计出的波束形成器,将传统方法中的小数预延迟改进为整数预延迟与FIR滤波器结合,以提高精度。然后,通过引入滤波器系数,将旁瓣级与FIR滤波器的阻带衰减级联系在一起,并且采用全局优化的方法将传统方法中的2个凸优化问题合为1个凸优化问题,确保了所得解是综合最优解。最后,重新定义主瓣响应误差,提出基于旁瓣峰值约束Minimax主瓣差异的FIR波束形成器设计准则。仿真结果表明,所提方法在时、空、频域中的表现都优于传统宽带波束形成方法。

摘要：声场为当前水声探测中最重要的、可用的物理场。水声换能器作为声波产生、发射和接收的基本装置,是水声技术发展关注的重点。其中,尺寸小、重量轻、低频、宽带、大功率、抗振动为水声换能器研究和发展的重要方向。为提高复合棒换能器的声学性能,以锆钛酸铅(PZT-4)压电陶瓷和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)压电单晶材料分别作为换能器的驱动元件,通过有限元仿真计算、设计加工及试验验证,进行了宽频带复合棒压电单晶换能器的研究,最后对2种换能器进行对比分析,进一步研究宽频带压电单晶换能器在低频、宽带、收发、加速度灵敏度等特性上的优势。研究结果表明,宽频带PMN-PT压电单晶换能器与相似规格的PZT-4压电陶瓷换能器相比,最大发送电压响应高3.4 dB,发送电压响应-6 dB带宽向两端拓展了5.5 kHz;最大接收灵敏度高4 dB,自由场接收灵敏度-6 dB带宽向两端拓展了8.1 kHz;加速度灵敏度更低,抗振动性能更好。

摘要：高速载荷入水前需要实现合成攻角的瞬时控制,而高速载荷瞬时姿态控制参数是决定高速载荷能否在合理的合成攻角范围内入水的关键。因此,针对高速载荷瞬时姿态控制参数的整定与优化,本文设计一种改进的粒子群优化算法,设计惯性权重自适应调整方式,使不同粒子根据自身搜索效果产生不同的惯性权重,并且引入遗传算法的思想改善粒子群的搜索能力,从而提高粒子群优化算法的寻优能力,得到恶劣初始条件下高速载荷瞬时姿态控制较高的寻优成功率。

摘要：面对未来无人水下航行器(UUV)等设备探测通信一体化需求,本文提出一种基于Costas序列频率调制和差分相移键控(Frequency modulation of Costas Sequence and Differential Phase Shift Keying,Costas-DPSK)的水下探测通信一体化波形,并给出后续基于双曲调频信号和单频连续波信号(Hyperbolic Frequency Modulation Wave and Continue Wave, HFM+CW)导引信号设计和信息处理方案。该信号利用Costas跳频调制保证了波形的探测能力,结合DPSK调制通信信息序列。仿真实验结果表明,该信号同时具备不输于线性调频信号(Line Frequency Modulation,LFM)信号的目标探测能力以及DPSK调制的通信能力,兼顾了水下探测和通信功能。

摘要：水下航行器由于其功能多样性的需求,发展形成了各式各样的附体结构,这些附体结构在满足特定功能的同时可能会改变航行器的外流场特性。本文针对某水下航行器,采用数值计算方法分析附体结构对于航行器的阻力影响,在此基础上设计几种导流型附体结构,获得各个附体结构的减阻效果,其中最优方案阻力降低达19.7%,通过可视化手段分析其流场的压力、速度以及三维涡结构分布。通过上述研究工作,明确了水下航行器附体结构外流场特性,为航行器附体结构的设计与优化提供了有益参考。

摘要：本文基于换能器传热理论,建立纵振换能器的瞬态热分析有限元模型,仿真换能器不同激励工况下的内部温度场分布。仿真结果表明,当换能器与外界环境温度达到热平衡时,连续波激励时换能器辐射面温度过高,导致换能器工作失效。采用适当占空比的脉冲波降低了换能器的整体温度,有利于换能器长时间稳定工作。本文对换能器的设计和试验具有一定的指导意义。

摘要：提出了一种由通孔悬臂梁和质量块组成的新型声子晶体构型,并对包含该构型的二维周期阵列板的带隙特性进行了数值分析和实验验证。结果表明,所提出结构中存在多条弯曲波带隙,其形成机理是由于基体中弹性波与局域共振结构谐振特性发生耦合,且带隙的宽度与耦合强度相关,进一步研究发现模态有效质量占比是模态是否产生带隙的一个考量标准。同时,研究了局域共振单元的晶胞常数和几何参数对带隙的调控规律。基于以上研究,通过改进原始局域共振结构,得到了更加丰富的带隙特征,为宽频带隙的设计提供了一种可行的思路。通过仿真计算和实验得到了有限周期结构板的振动传递率,其衰减频段与带隙范围基本吻合,表明了该结构具有良好的低频减振性能,且结构简单,在减振降噪领域具有广阔的工程应用前景。

摘要：针对当前水下无人航行器(UUV)或水下自主航行器(AUV)集群任务过程中水声通信隐蔽性不足的问题进行研究(简称UUV集群)。首先建立UUV集群的水声隐蔽通信分析模型,明确影响水声通信隐蔽性因素及实现隐蔽通信的技术途径;然后从工程实际的角度给出一种基于时频空及发射功率控制的UUV集群水声隐蔽通信低截获技术实现方法。采用波束定向、宽带混合扩频/编码通信与变步长发射功率控制等综合措施进行水声隐蔽通信系统设计。性能仿真结果表明,上述方法可大大提升UUV集群的水声隐蔽通信低截获性能。