混响背景下预白化信号检测

在浅海环境中主动声纳匹配滤波器性能下降的一个重要原因是混响问题,因为混响同样是由发射信号引起的,与发射信号有很强的相关性。预白化抗混响算法是将混响看成局部平稳的有色高斯随机过程,采用AR模型对混响进行建摸,利用AR模型系数对原始数据进行“白化”处理,然后利用修正后的发射信号做拷贝信号进行匹配滤波。预白化处理能够有效抑制混响干扰,降低虚警,提高对运动小目标的探测能力。仿真和湖试数据处理结果验证了该方法的有效性。     

参量阵声纳的新应用分析

介绍了近几年国外参量阵技术在浅海探测声纳、吊放声纳、鱼雷自导声纳、浅海水声通讯等方面的应用进展情况。针对频率为30kHz的线性小目标探测声纳,对原频90kHz、差频30kHz的非线性参量阵进行了性能估算,结果表明,参量阵声纳在高混响背景下探测小目标的性能优于线性声纳。文章还分析了参量阵声纳的新应用所面临的一些技术难点,给出了一种相对简单的宽带参量阵的实现方法。     

一种被动拖曳声纳阵列信号模拟器设计

声纳基阵信号模拟器是一种实用的可仿真实际检测目标及使用环境的阵元级信号发生器。设计的被动拖曳声纳阵列信号模拟器,仿真了拖曳阵的拖船干扰时域信号和空间传播特性、目标辐射信号以及环境噪声。通过预设定拖船干扰宽带功率谱,以AR模型拟合该功率谱,利用海底、海面对声场的一次反射作用仿真了拖船干扰的空间多途信道。采用插值滤波器,解决了宽带信号阵元间延时的时延精确控制问题。     

修正时延扩展卡尔曼滤波MIMO声纳目标跟踪方法研究

分布式多输入多输k~（Multiple．InputMultiple—Output,MIMO）声纳是一种通过MIMO技术规划时空信道来提高声纳探测性能的新型主动探测声纳体制。由于分布式MIMO声纳节点分布间隔大,水中声速较小,由各发射节点同步发射的测距信号将经过不同的时延到达目标,因此各接收节点测得的距离值分别对应于目标不同时刻的状态。常规的定位方法并没有考虑传播时延对测量值的影响,因而定位精度受到限制。提出了一种修正时延的扩展卡尔曼滤波方法（ModifiedExtendedKalmanFilter,MEKF）对分布式MIMO声纳系统中的移动目标进行跟踪。仿真结果表明,与常规的目标定位跟踪方法相比,该方法有定位精度高、收敛速度快、跟踪性能稳定的特点。     

MIMO声纳:概念与技术特点探讨

对多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）声纳的概念和技术特点进行了分析。根据所采用的分集技术的不同,将MIMO声纳分为密集式MIMO声纳（采用波形分集）和分布式MIMO声纳（采用空间分集）。对密集式MIMO声纳的优点如自由度的增加、灵活的发射信号设计、自适应技术的直接使用和虚拟阵列等进行了介绍,并指出其发射阵增益损失对探测距离的限制。将分布式MIMO声纳分为发射／接收全分集的MIMO声纳和仅发射分集的MIMf）声纳讲行介绍,并认为这两种声纳可以并入多基地声纳的范畴。     

新型抗混响梳状波形设计

1.引言 抗混响问题是主动声纳在浅水中需解决的一个主要问题.目前的作法有两种:一是动目标检测,二是依赖于波形设计.对于后者来说,在几何梳状信号被提出之前,抗混响波形主要采用两种形式:一种是宽带平谱信号,它将混响能量平均扩展到整个频带上,以使每个分辨区域内的混响能量分布尽量少.另一种是长时加窗连续脉冲(如Hanning窗),它使混响能量集中在零多普勒区域内,有利于检测非零多普勒目标.     

宽带多途信号仿真

文章介绍宽带多途信号软件仿真的实现方法。通过设计一个FIR滤波器拟合指定的目标信号功率谱,产生水下目标辐射噪声信号;再结合多途海洋信道模型,得到经过多途信道传输的接收信号。该方法实现简单,可以仿真具有一定频谱特性的水下运动目标的接收信号。所产生的仿真信号可用于声纳信号处理等方面的研究工作。     

单传感器声纳浮标场的盲分离算法

声纳浮标作为海上反潜力量的重要组成部分之一,具有隐蔽性能好,探测范围广等优点。单传感器声纳浮标作为声纳浮标的一种,因其结构简单而具有广泛的应用。文章以被动接收为背景,尝试用盲分离技术综合多个单传感器声纳浮标的输出对目标辐射信号进行恢复,仿真实验验证了盲分离技术的可行性。     

基于时空级联自适应的多频信号混响抑制方法

针对使用多频信号的高速运动的前视主动声纳,对运算量小、较为实用的降维空时自适应抑制混响方法进行了研究,分析得出多频信号的混响空时二维分布特性,在此基础上提出了基于时空级联自适应处理非相干叠加多频信号混响抑制方法,仿真实验研究表明：该方法具有较好的多频信号混响抑制性能,而且大大降低了系统的维数和运算量,便于实际工程实现。     

一种沉底小目标的主动高频仿生波形分析及探测方法

为研究和分析用仿生信号及处理方法探测沉底小目标的可行性及探测性能,分别从时域频域波形、模糊度函数、抗混响性能方面分析了仿海豚声呐信号,并用计算机仿真了复杂背景下沉底小目标的探测。理论分析和仿真结果表明:在几种仿海豚声呐信号中,频率重叠较多的信号混响抑制效果最好;仿生探测方法的性能比标准声呐探测方法有了明显的提高。仿生信号及探测方法可作为一种新型的沉底小目标探测信号及处理方法。     

连续波声呐中的调频信号设计方法及性能分析

相对传统的短时脉冲波主动声呐而言,连续波主动声呐是一种新型体制的声呐设备,允许在扫描周期内发射高占空比的信号,并且在发射信号的同时进行侦听,由此可以对水下目标实现连续照射,消除距离盲区。由于发射和接收机制的不同,连续波主动声呐对发射信号的波形和处理方法也各有差异,一是要考虑到"直达波"抑制问题,二是要在时间带宽积和对目标的照射时间间隔两者之间进行折中。针对上述两个问题,设计了一种在连续波主动声呐中发射的新型脉冲串信号,该类信号由多个相互正交的广义正弦调频信号串组成,以此在频域上消除回波与拷贝信号的相关性;后置处理中对接收回波提供了三种不同的方案,在时间带宽积和照射时间间隔两者之间择优选择最佳检测效果。计算机仿真结果表明:该类信号波形以及相应的处理方法可以有效地抑制直达波干扰并给出目标的速度-距离信息。     

基于伪虎鲸click信号的主动声呐探测信号低截获性分析

为解决现代主动声呐易暴露的问题,提出以伪虎鲸click信号作为主动声呐发射信号波形进行探测,以实现声呐的低截获性。首先通过宽带模糊函数分析了伪虎鲸click信号的分辨性能;然后通过仿真对比单双基地声呐探测模型下,伪虎鲸click信号与常规主动声呐信号的截获因子,验证了其低截获性。结果表明,伪虎鲸click信号三维宽带模糊函数呈现理想的“图钉型”,时延分辨力达到7.644×10^(-6) s,频移分辨力达到7.405 Hz,具有良好的分辨性能;伪虎鲸click信号的截获因子在−4.887~−17.6 dB之间,始终小于0 dB,且远低于常规主动声呐信号,具有优异的低截获性能。伪虎鲸click信号作为声呐发射信号可实现有效与低截获性的声呐探测。     

主动声纳检测技术的回顾与展望

由于低噪声隐身型潜艇的出现,声纳技术面临着激烈的挑战,低频主动声纳及其信号检测技术成为水声领域的研究热点之一。但是浅海的工作环境对主动探测相当不利,如何利用信道和背景干扰的特点,改进检测性能是研究的重点。模基处理、广义匹配滤波、混响消除、组合信号和波形融合处理、DLCT一体化处理等等技术在不同的方面能发挥一定的改进作用。对这些主动声纳检测技术的回顾与梳理,将为开展该领域研究工作提供一些有益的参考。随着人们对海洋环境理解的深入以及更准确、稳健性更好的水声模型建立,各种模基检测算法将被逐步应用到工程中。在此之前,诸如RCI/SRC这类介于模基和非模基之间的检测方法,由于其具有良好的稳健性、可移植性以及优于常规检测方法等优点,有望率先在工程中获得应用。同时,这些方法的组合应用,比如组合信号与波形融合、SRC/RCI相结合等,也就有较强的现实可操作性。     

基于BELLHOP模型的水下多目标跟踪算法研究

针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density, UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BELLHOP射线声学模型,计算出本征声线、目标信号的幅度、相位及时延信息,以此构造目标回波信号并叠加高斯白噪声。然后,由回波信号计算得到目标相对于观测站的距离、方位角和俯仰角信息,作为目标跟踪系统中的量测信息。最后利用提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法,实现高频主动声呐非线性系统的多目标跟踪。仿真结果表明,在深海高频主动声呐条件下,文章提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法较传统高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density, GM-PHD)方法,明显降低了目标丢失率,并且最优子模式指派统计量(Optimal Sub-Patter Assignment, OSPA)距离也更小,跟踪效果更好。     

相关测速声纳工作原理及海试验证

“波形不变性”原理是相关测速声纳的基本工作原理,利用射线声学方法对此原理进行了论述。分析了相关测速声纳的两种设计思路:时间相关和空间相关。提出了采用空间相关的思路设计相关测速声纳样机的具体方法,包括阵型设计、信号设计和软件工作流程,并分别在西太平洋和中国南海进行了两次试验。将海试数据结果与声多普勒流速剖面仪和差分GPS从速度大小和方向上进行了比较,证明了相关测速的可行性,验证了流混响和底混响的相关理论模型、声纳阵设计以及信号处理方法的正确性。     

一种频分MIMO声呐的波达方向估计算法

为了使声呐阵列在有限的载体空间内获得较高的角度分辨率,设计了基于频率分集的多输入多输出（MultipleInput Multiple-Output,MIMO）声呐。该MIMO声呐采用N发M收的布阵方式,接收阵为M元均匀线阵,发射阵由N个阵元组成,且各发射阵元发射中心频率不同、包络相同的窄带信号。建立密集式频分MIMO声呐的回波模型,并以此模型为基础提出了波达方向估计算法方向-相位域多重信号分类（Direction and Phase Domain-Multiple Signal Classification,DPD-MUSIC）算法。仿真实验中以双频MIMO声呐为例,将频分MIMO声呐的DPD-MUSIC算法的估计性能与单输入多输出（Single-Input Multiple-Output,SIMO）声呐MUSIC算法的估计性能进行了对比。仿真结果表明,频分MIMO声呐利用DPD-MUSIC算法可以获得优于等接收阵元数SIMO声呐的角度分辨率和角度估计精度。     

基于运动平台的海底混响建模与仿真

混响是主动声呐目标检测的主要干扰,混响的建模与仿真对研究水下信号处理具有重要的意义。以海底混响为研究对象,综合考虑发射信号的波形、海底散射体散射特性以及运动平台带来的多普勒频移等影响因素,提出了一种基于运动平台的海底混响仿真方法。该方法同时结合了散射原理与网络模型,具有明确的物理意义,且其仿真实现方法简单高效。最后,通过分析混响仿真信号的瞬时值、包络的概率分布、频谱特性以及时间相关性,验证了该方法对海底混响仿真的有效性。     

一种声呐用多通道相控扫描信号源的设计

随着声呐技术的发展,基阵发射波形也多种多样。为了适应这种多样化的需求,设计了一种可编程的多通道相控扫描信号源。该信号源采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)结合的方式,应用DSP计算各个波束的波形数据及其各通道的延时,应用FPGA的精确延时形成各个波束。该设计指向精度高,可生成任意信号波形,任意配置波束组合,可下载并存储预成波形,对波形加窗函数,可实时对延时进行补偿和校准,并能够多个信号源协同工作。在实际应用中得到了成功验证,具有很大的改进潜力和广阔的应用前景。