拖船辐射噪声特性分析及实用抵消

拖船辐射噪声严重影响拖线阵声纳的探测性能,该噪声是成分复杂、多途传播的近程强干扰,如何抵消该噪声是拖线阵声纳面临的一个难题。在讨论了拖船噪声的成因、谱特性以及多途传播路径等问题后,通过对拖船辐射噪声的特性分析及逆波束形成(Inverse Beamforming,IBF)算法的理论研究,并经仿真表明:基于IBF算法的拖船噪声干扰抵消技术能够有效抵消拖船辐射噪声。海试数据验证了抵消后目标信号所在方位更清晰,且能识别出弱目标信号,其抗多途效果好。该方法易于实现,抵消效果显著,具有一定的实用性和可行性。     

拖船辐射噪声的海试数据分析及特性仿真

针对海试数据分析了拖船辐射噪声的特性,进而对拖船噪声进行了建模仿真。首先利用自相关的AR模型产生宽带连续谱噪声序列,并迭加线谱成分,构造一维时间序列,而后根据海洋环境条件以及拖线阵与拖船空间位置关系建立声传播路径模型,构建拖线阵的接收声场。仿真结果在时频特性以及空间特性上都与海试数据非常逼近。     

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。     

强干扰背景下的鱼雷辐射噪声信号检测方法

常规被动声纳利用宽带波束能量进行目标检测,在低信噪比、强目标干扰情况下,宽带能量检测的性能迅速降低。利用鱼雷辐射噪声信号中含有丰富线谱成分的特点,提出了一种针对鱼雷辐射噪声信号的窄带和宽带联合检测方法。通过对预成波束方向信号的窄带处理和线谱提取,利用特定频段的线谱能量对宽带波束输出进行加权,提高了线谱目标的检测能力。该方法能够有效地抑制非线谱强干扰目标,提高低信噪比信号的检测能力。仿真和海试数据处理结果验证了该方法的有效性。     

圆阵双基地声纳直达波抑制技术研究

以圆阵为双基地声纳接收阵列流形,提出了一种新的基于多重信号分类(MUSIC)技术的波束形成及零点抑制算法。在理论分析了第一类零点约束条件的基础上,提出了第二类零点(高阶零点)约束条件。给出两类零点约束条件干扰抑制能力的比较。仿真结果表明,该算法可有效接收目标回波信号且屏蔽直达波强干扰。讨论干扰达波方向(DOA)与阵元数对算法直达波抑制能力的影响,以及多源干扰条件下算法的干扰抑制能力。     

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。     

声纳基阵信号模拟器实时软件的开发

声纳基阵信号模拟器是一种实用的、可近似仿真实际监测目标及使用环境的阵元级信号发生器。声纳基阵信号模拟器的使用将有效缩短数字式声纳的研制周期，大大减少湖试和海试的次数。文章中以通用信号阵列处理系统为运行环境，详细介绍了一种声纳基阵信号模拟器实时多任务系统的软件设计与开发过程，分析了该软件系统中所有基本任务的功能以及多任务之间的通信关系，并且最后给出了该实时多任务软件在通用信号处理机上的实现拓扑图。实践证明，该套软件功能完备，且具有很好的实时性和稳定性，非常适用于现代声纳工程领域。     

聚焦矩阵在水中宽带目标被动跟踪中的应用

针对水中机动宽带目标,对于设计好的均匀线列阵,采用空间重采样方法计算基阵的恒定束宽阵元权系数,进而利用该阵元权系数产生聚焦矩阵,通过聚焦矩阵将不同频带的子带信号映射到同一参考频率上,然后将所有频率成分的信号功率谱密度矩阵作平均,并结合MUSIC(Multiple Signal Classification)算法,估计出目标的方位信息,从而实现水中宽带目标的被动跟踪。采用该方法进行仿真试验分析,结果表明在小孔径基阵上可实现宽带单目标的稳定测向被动跟踪,且对多目标具有一定的角被动分辨效果。     

一种基于矢量拖曳阵的拖船干扰抵消算法

拖曳阵中的拖船干扰常常是限制目标的观测范围和检测性能的重要因素之一。在浅海环境中,由于拖船干扰存在严重的多途效应,采用传统的自适应干扰抵消方法,效果并不理想。为了抵消矢量拖曳阵的拖船干扰,利用矢量拖曳阵中振速通道正交于阵艏的分量对拖船干扰不敏感的特点,提出一种基于矢量阵的拖船干扰抵消算法。该算法抗多途干扰效果好,可以有效地抑制拖船干扰,实验数据处理结果验证了该算法的有效性,可望在实际的声纳工程中得到应用。     

分布式MIMO声纳中运动目标参数快速估计

分布式MIMO声纳由于自身的优点而成为当前研究的热点,但常规的目标参数估计方法均存在着一定的缺陷,无法满足分布式MIMO声纳的要求.针对这种情况,本文提出一种适用于分布式多输入多输出(MIMO)声纳中使用单接收阵元的运动目标参数快速估计方法,给出了单接收阵元情况下的信号模型,提出了快速估计方法并给出了流程图,并通过数值...     

矢量拖曳阵水听器流噪声探讨

拖曳阵声纳的左右舷模糊是实际应用中需要解决的问题。采用矢量水听器可以较好地解决此问题。采用波数．频率谱方法讨论同振柱形矢量水听器的流噪声。根据圆柱套管外壁湍流边界层的特点和同振柱形矢量水听器的工作原理,导出矢量水听器的声压通道和振速通道的噪声功率谱。通过数值积分法估计了流噪声功率谱与护套尺寸、水听器尺寸和拖曳速度等参数的关系。针对同振柱形矢量水听器的特点,所得结果有实际参考价值。     

基于PXI的水下目标辐射噪声和信号模拟器

文中以宽带和多目标信号为模型,在虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI下,设计和开发了基于PXI总线的水下目标模拟器。目标模拟器产生24阵元平面水声基阵的接收信号,在实验室里模拟海洋环境下的目标回波、混响和环境噪声,提供测试水声设备所需的各种目标信号。最后给出了该系统在水声自导系统调试和性能测试应用中的结果。     

利用多普勒信息判断单线阵低速目标左右舷的方法研究

采用常规单线拖曳阵列作为双基地主动声呐的接收平台时,会存在左右舷模糊。常规左右舷判决方法需要声呐探测平台进行转弯等复杂机动,目标定位与跟踪的实时性和连续性难以保证。文章对利用回波多普勒效应实时判断低速目标左右舷的方法进行了研究,给出了目标低速运动的条件,并分析了多普勒响应可分辨特性与声呐平台位置、运动状态的关系。通过仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。海试数据处理结果表明,声源船仅具漂流速度时即可通过回波多普勒信息有效判别静止浮台目标的左右舷。该方法可以作为双基地主动声呐探测与定位系统中的辅助手段。     

舰船辐射噪声模拟技术研究

本文对舰船辐射噪声的模拟技术进行了研究,给出了线谱,连续谱噪声,噪声调制的模拟方法,进行了计算机模拟,研制了可编程模拟器。通过对模拟器输出信号的处理和分析,结果表明该模拟器能很好地再现舰船辐射噪声的典型声学特征。     

孔径扩展的一种改进算法

针对扩展拖曳阵尺寸算法进行阵列扩展中存在的重叠阵元位置约束问题,提出了一种基于扩展拖曳阵尺寸算法的改进阵列扩展算法。该算法通过在测量间隔内增加快拍获取时域信息,再将重叠相关器提供的孔径域相位信息平均化处理,获得相位修正因子补偿拖线阵连续测量的相位差,实现孔径扩展。该方法能够在未知源的先验信息和连续测量中阵元的空间位置不重叠情况下实现孔径扩展。仿真和实验结果表明,该方法能有效扩展阵列孔径,准确估计信号到达角。针对较低信噪比信号,该方法能够获得比扩展拖曳阵尺寸算法更好的相位估计和方位分辨性能。     

基于拖曳线列阵声纳的噪声监测仿真方法

为便捷获取潜艇辐射噪声,设计了利用艇载拖曳线列阵声纳通过本艇回转机动进行测量的方案。利用潜艇拖曳阵模型,仿真生成了各水听器阵元与本艇的位置关系;根据噪声源理论模型产生了潜艇模拟噪声,利用深海传播模型模拟噪声在海洋环境中的传播衰减。对阵元信号分别利用MVDR、空间平滑MVDR以及适应子带的BMUSIC算法进行处理,在一定频率范围内可以分辨出近距离的不同辐射声源,得到辐射噪声的声源强度、频谱结构和位置信息,进而获取艇上机械工况异常信息。     

风作用下缆船拖带非线性系统运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三雏动力学运动方程，提出了被拖点位置匹配的方法，建立了拖船-拖缆-被拖船系统的非线性整体拖带动力学模型．为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及风栽荷作用的影响，被拖船采用水平面四自由度运动方程，并引入了风的作用力和力矩．拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程．对一个拖船拖缆被拖船系统（5000t的拖船和3000t的被拖船）在时域内进行了风作用下拖带运动的模拟．计算结果表明，风力增大拖带航向稳定性降低，拖带航向稳定是横向稳的必要条件．数值计算结果归纳出判别被拖带船航向稳定性的极坐标图，该极坐标图表明顶风航行较顺风具有较强拖带航向稳定能力，但是拖带航向稳定性区域很小，而顺风和顺斜风拖带比顶斜风具有更大的拖带航向稳定性区域．