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数学 > 偏微分方程分析

arXiv:2508.15023 (math)
[提交于 2025年8月20日 ]

标题: 最佳干扰信号以掩盖声学源

标题: Optimal Interference Signal for Masking an Acoustic Source

Authors:Hongyun Wang, Hong Zhou
摘要: 在需要声学隐私或有意信号混淆的环境中,有必要掩盖关键操作中产生的声学特征。 我们考虑在可能存在检测传感器的目标区域中,掩盖声学源的影响问题。 通过在声学源附近放置干扰信号来实现掩盖。 我们引入了一个理论和计算框架,用于设计此类干扰信号,目标是使目标区域中的残留振幅最小化。 对于具有球对称性的三维(3D)受迫波动方程,我们推导出几种典型情况的解析准稳态周期解。 我们研究了自掩盖现象,其中具有特定空间激励轮廓的声学源会从其激励足迹之外的检测中自我掩盖。 然后,我们利用球对称解的叠加来研究给定目标区域中的掩盖效果。 我们分析并优化了在目标区域中使用一个或两个点力靠近声学源进行掩盖的性能。 对于声学源的空间激励轮廓缺乏球对称性的普遍情况,我们开发了一种高效的数值方法来求解三维波动方程。 这项工作的潜在应用包括水下声学通信安全、水下车辆隐身以及防止声学监视。
摘要: In an environment where acoustic privacy or deliberate signal obfuscation is desired, it is necessary to mask the acoustic signature generated in essential operations. We consider the problem of masking the effect of an acoustic source in a target region where possible detection sensors are located. Masking is achieved by placing interference signals near the acoustic source. We introduce a theoretical and computational framework for designing such interference signals with the goal of minimizing the residual amplitude in the target region. For the three-dimensional (3D) forced wave equation with spherical symmetry, we derive analytical quasi-steady periodic solutions for several canonical cases. We examine the phenomenon of self-masking where an acoustic source with certain spatial forcing profile masks itself from detection outside its forcing footprint. We then use superposition of spherically symmetric solutions to investigate masking in a given target region. We analyze and optimize the performance of using one or two point-forces deployed near the acoustic source for masking in the target region. For the general case where the spatial forcing profile of the acoustic source lacks spherical symmetry, we develop an efficient numerical method for solving the 3D wave equation. Potential applications of this work include undersea acoustic communication security, undersea vehicles stealth, and protection against acoustic surveillance.
评论: 40页,预印本
主题: 偏微分方程分析 (math.AP) ; 声音 (cs.SD); 音频与语音处理 (eess.AS)
MSC 类: 35C05, 35Q93, 76Q05
引用方式: arXiv:2508.15023 [math.AP]
  (或者 arXiv:2508.15023v1 [math.AP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.15023
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Hongyun Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 8 月 20 日 19:31:27 UTC (549 KB)
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