基于次聲波相控矩形陣列法的聚束定向技術(shù)研究

1、總第 1 9 3 期 2 0 1 0 年第 7期 艦 船 電 子 工 程 S h i pEl e c t r o n i cE n g i n e e r i n gVo 1 ． 3 ONo ． 71 1 6基 于次 聲 波 相控 矩 形 陣 列法 的聚 束 定 向技 術(shù)研 究 饒廣 然”’蔣心恰 ”( 海軍工 程大學(xué) 電氣系”武漢 4 3 0 0 3 3 ) ( 9 2 6 1 9 部 隊(duì) 廣 州 5 1 0 2 9 0 )摘 要

2、采用相位控制 法對(duì)次聲矩 形陣列 波束進(jìn)行 了聚束 定 向， 分析 了陣元數(shù) 和陣元 間距對(duì) 波束定 向的影響 ， 并在 Ma t l a b中進(jìn)行 了仿真實(shí)驗(yàn) ， 結(jié)果驗(yàn)證 了該方法的可行性 。關(guān)鍵詞 次聲 波； 定向 ； 聚束 ； 相控陣 中圖分類號(hào) TN9 5Re s e ar c ho nt h eTe c hn o l o g yo fFo r m i n ga n dOr i e n t a t i o nus i n gt

3、 heI nf r a s o un dW a v eRe c t a ng ul a rPha s e dAr r a yM e t ho dRa oGu a n g r a n’J i a n gXi n y i( Na v a lUn i v e r s i t yo fEn g i n e e r i n g ”，W u h a n4 3 0 0 3 3 ) ( No ．9 2 6 1 9Tr o o p so fP LA ，G

4、u a n g z h o u5 1 0 2 9 0 )Ab s t r a c tTh ei n f r a s o u n dwa v er e c t a n g u l a ra r r a yi sf o r mi n ga n do r i e n t a t i o nu s i n gt h ei n f r a s o u n dwa v er e c t a n g u l a rp h a s e da r r a

5、 ym e t h o d，a n dt h ei n f l u e n c eo ft h ec e l l ’ Sq u a n t i t ya n dd i s t a n c eo nt h eb e a m f o r mi n ga n do r i e n t a t i o ni sa n a l y z e d ．I nt h e1 a s t ，t h es i mu l a t i o ne x p e r

6、i me n ti sc a r r i e do u ti nM a t l a b ，wh i c hv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t yo ft h eme t h o dp r o p o s e di nt h i sp a —pe r ．K e yW o r dsi n f r a s o u n dwa v e ，o r i e n t a t i o n ，b e a m

7、f o r mi n g，p h a s e da r r a yCl a s sNun r l b @ rTN9 51引言 次聲波是不可聞的聲波 ， 頻率低于 2 0 H z 。研 究表明： 次聲波的頻率與人體某些器官的固有頻率 很接近， 一旦產(chǎn)生共振 ， 會(huì)使人心理煩躁 、 頭痛 、 惶 恐不安 ， 甚至 呼吸 困難 、 內(nèi)臟 器官 受損 而致 死 ； 次聲 還具有極 強(qiáng) 的穿 透性 。因此 ， 其在 武器 方 面 的應(yīng) 用 引起國(guó)

8、外武器專家的興趣_ 1] 。作為武器， 要求次 聲 波具有 一定 的方 向性 和 一 定 的 能量 。本 文 采 用 了相控陣方式 ， 對(duì)次聲波進(jìn) 行 了聚束定 向仿 真研 究 。2 次聲波矩形陣列法 2 ． 1 次 聲波矩 形陣 列法聚束 如 圖 1 所示 ， 在 Xy坐 標(biāo) 面上 ， 共 有 M XN 個(gè) 次聲元， 陣元間距分別為 d、 d， 任意空間向量 O P角為 ， 在 目標(biāo)點(diǎn) P沿 O P指 向性函數(shù)為 一 跽 一s i n

9、 (s i №s) s i n (s in)M s i n (s ic 。 s)n (s i nn)式 中， 以為 單個(gè) 聲 源 的半 徑， 2 a ／ ) , 《 1 ， D() 一2 J(s i n)孥 ‘ 0 a s l n U_為各 向 同性 。一 1 知 ， 單 個(gè) 次聲 元 不具 有 指 向性 或 因此 ， 矩形陣列聲輻射遠(yuǎn)場(chǎng)由于疊加 收稿 日期 ： 2 0 1 0 年 3 月 2日， 修 回日期 ： 2 0 1 0年 4月

10、 1日作者簡(jiǎn)介 ： 饒廣然 ， 男 ， 碩士研究生 ， 助理工程師 ， 研究 方向 ： 艦船電力系統(tǒng) 自動(dòng)化與安全運(yùn)行 。蔣心怡 ， 女 ， 副教授 ， 碩 士生導(dǎo)師 ， 研究方 向： 艦船 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化與安 全運(yùn)行 。王紅萍等 ： 混沌理論在水聲信號(hào)檢測(cè) 中的應(yīng)用研究 總第 1 9 3 期 4結(jié)語(yǔ) 本文 主要建 立 了基 于 混沌 預(yù) 測(cè) 的水 聲 信 號(hào)檢 測(cè)模型 ， 并提出適用于這種模型的檢測(cè)準(zhǔn)則。通過(guò) 對(duì)檢測(cè)模型的仿真 ，

11、 可以得 出通過(guò)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量 () 判斷信號(hào)存在與否的基本準(zhǔn)則 ： 如果 Ez ( i ) 大 于檢測(cè)門(mén)限， 并且這部分曲線被最大值分成長(zhǎng)度相 近的兩部分 ， 可以認(rèn)為存在信號(hào)； 否則， 未檢測(cè)到信 號(hào)。其次 ， 檢測(cè)器對(duì) 于信 噪 比為～1 7 d B左右 的信 號(hào) 比較有效 ， 對(duì)于信噪 比更低 的信號(hào) ， 不能夠準(zhǔn)確 檢測(cè)。因此 ， 在以后的工作中應(yīng)該研究如何提高信 號(hào)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率 ， 以提高信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確率 ， 就能 夠檢測(cè)出更低

12、信噪比的信號(hào)。參 考 文 獻(xiàn) [ 1 1章新華 ， 等． 艦船輻射噪聲 的混沌現(xiàn)象研究 [ J ] ． 聲學(xué) 學(xué) 報(bào) ， 1 9 9 8 ， 2 3 ( 2 ) ： 1 3 4 ～1 4 0[ 2 1B r o w n ， RR u e l l e ， 【 ) ．T h eE r g o d i cT h e o r yo fA x i o mAf l o w s [ J 1 ．I n v e n t i o n sMa t h ， 1

13、 9 7 6 ， 2 9 ： 1 3 1 ~1 4 5[ 3 1Ma r c e l i n og d l ~ r o ， I g n a c i oS a n t a m a r i a ， C a r l o sP a n t a l e 6 r ~An e wE M - b a s e dt r a i n i n ga l g o r i t h mf o rR B Fn e t w o r k [ J 1 ．Ne u r a

14、lNe t wo r k s ， 2 0 0 3 ， 1 6 ： 6 9 ~ 7 7[ 4 3A l v a r e z ， 八 O r f i l a ， J ．T i n t o r e ． D A R WI N： A ne v o l u —t i o n a r yp r o g r a m f o rn o n l i n e a rmo d e l i n go fc h a o t i ct i mes e r i e

15、s [ J ] ．C o m p u t e rP h y s i c sC o m m u n i c a t i o n s ， 2 0 0 1 ，1 3 6 ： 3 3 4 ～ 3 4 9存 镅 絹 絹 紉 镅 镅 镅 帶 夼 喬 夼 爾 許 喬 窬 窬 寄 鋸 絹 ( 上接 第 1 1 7頁(yè))圖 5 次聲列陣波程差示意 ( c ) ( 詈 ， 號(hào) )圖 ( a ) ～( d ) 為方 向角 與指向性 D 的極坐標(biāo)

16、圖 ．相當(dāng)于在 x y平面 的p角線所 在的垂面上所見(jiàn)圖形 圈 6L=5 0 ， d =4給 定 方 向 指 向 圖 3結(jié)語(yǔ) 次聲 波 由于波長(zhǎng)較 長(zhǎng) ， 單個(gè) 聲源 口徑 尺 寸與波 長(zhǎng)相 比太小 ， 因此 ， 不具有指 向性。把多個(gè)聲元排 成陣列， 相當(dāng)于增大聲源 口徑尺寸， 可對(duì)波束匯聚 成束。實(shí)時(shí)控制陣列 內(nèi)各次聲單元的移相相位差 ，就能對(duì) 目標(biāo)精確定向。波束的寬窄與旁瓣大小受 陣列參數(shù) M、 N、 d、 d的影響； 能否精確定

17、 向受相 位控制的制約。參 考 文 獻(xiàn) L 1 ] G e r r yV a s s i l s t o s ．G a v e r e a u ’ SI n f r a s o u n dWe a p o n [ [ B ／( ) U ． h t t p ： ／ ／ Ⅵ． b o r d e r l a n d s ． c o m ／ n e w s t u f f ／ r e s e a c hr 2 ] C h r i s t o

18、p h e rS t u b b s ．T a c t i a lI n f r a s o u n d [ R ] ．T h eMI —TR EC o r p o r a t i o nJ AS 0 N P r o g r a m Of f i c e ， US A， 2 0 0 5 ，5 ： 4 3 ~ 5 6[ 3 ] 郭業(yè)才 ， 趙俊渭 ， 郭焱． 組合 圓形 活塞聲 源遠(yuǎn)場(chǎng) 指 向特 性的仿真研究 [ J ] ． 系統(tǒng)仿

19、真學(xué)報(bào) ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 5 2 2 ~5 2 4E 4 1呂大鑫． 艦載相控陣?yán)走_(dá)波控技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)[ D ] ． 哈爾 濱工程大學(xué) ， 2 0 0 7 ， 1 ： 1 6 ～1 8[ 5 1肖 峰， 現(xiàn)場(chǎng)可控非致命 的次聲武器研 究口] ． 兵 工學(xué)報(bào) ，2 0 0 2， 2 3 ( 3 ) ： 4 2 7 ~ 4 2 9[ 6 1常碩 ， 王德功 ， 李圭 源． 相控 陣?yán)走_(dá) 天線方 向圖仿 真研 究[ J ] ．