浅海波导远程信混比预报模型

浅海主动探测时,海底混响是目标回波的主要背景干扰,信混比影响主动声纳的性能.混响和目标回波都属于海洋中的散射问题,利用简正波方法,结合平面波散射函数建立了浅海远程信混比预报模型,实现了不同环境参数下信混比的量化分析.仿真比较了不同信号形式、频率以及不同海底底质下的刚性球信混比曲线,从理论上分析了回波随距离的振荡现象.结果表明：用无指向性的声源探测目标时,信混比较低,探测较为困难;宽带信号照射下目标回波更加平稳;简正波之间的干涉导致回波随距离发生振荡,频率越高,干涉结构越复杂;在硬海底环境中信混比相对较小且目标回波振荡剧烈.     

匹配场反演阵形估计算法的试验研究

传统的阵形估计算法都基于这样一个假设,即声传播为平面波或球面波模型,在浅海应用条件下,多途效应显著,该假设失效,造成此类算法的性能下降。提出了一种基于匹配场反演的阵形估计算法,采用简正波模型对声场建模,将多途建模为不同号数的简正波,从而消除了多途效应的影响;并且通过合理地选择目标函数,使算法对环境参数的扰动具有一定的宽容性;利用柔性阵的线性约束,将阵形畸变用弧线建模,使问题简化,在缺少声源精确位置等先验知识的前提下,仍能实现阵形的准确估计。理论仿真和试验结果表明,该算法是有效的。     

浅海低频声场的水平纵向相关性

基于一次浅海声学实验数据,研究了浅海低频声场的水平纵向相关特性。利用简正波干涉理论,对实验结果中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致,该实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声场中某号有效简正波的一个波节附近,声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化,从而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象,该现象表明在一定条件下声源深度是浅海低频声场水平纵向相关的一个敏感参数。     

浅海波导中垂直时反线阵聚焦研究

在浅海波导中,垂直阵可以跨越整个波导,并能对大多数简正波模态进行精确采样.在给定声源及海洋环境信息的条件下,通过MOATL简正波模型仿真计算出到达垂直时反阵位置处的波形,即垂直时反阵的接收信号,将接收信号时间上取反,通过以KRAKEN简正波模型计算得出的返回声信道,在声源处取得了较好的聚焦效果.并分析了垂直阵基元数、基...     

水平长线阵在浅海多途信道中的指向性分析

基于简正波模型研究了浅海多途环境下的水平长线阵的指向性。结果表明,由于接收信号中各阶简正波的相互干涉作用,偏离正横时,指向性图的主瓣略窄,而旁瓣丌高较多,从而使实际阵增益和作用距离减小。研究结果对线列阵声呐的探测性能预报具有一定的参考意义。     

浅海多途效应对解调谱的影响分析研究

解调谱是反映目标螺旋桨信息的重要特征,理论分析了浅海多途效应对目标解调谱特征的影响,利用简正波理论对浅海声信道建模,仿真分析了不同海洋环境参数及不同调制频率下多途效应对目标解调谱调制深度的影响。     

浅海目标特性的动态模拟

基与亮点模型[1],本文推导了浅海多途环境中目标声散射回波传递函数的表达式,给出潜艇近场声散射回波随着海况、声源的相对速度、距离、方位角变化的动态模型.     

三维浅海简正波混响模型

推导了浅海简正波混响模型,模型计算了从声源到浅海水底散射域声波能量的传播及其反射过程。在散射域,考虑了复本征值,有效的简正波对入射波和混响强度的影响。并且将简正波分解为上行波和下行波,利用下行波和Lambert散射定律,计算海底散射后接收的混响强度,其结果与收发同置的水听器接收数据一致。所得出的混响强度模型,物理意义清楚,形式简单,具有较强的普遍适用性。     

基于简正波的浅海混响序列仿真

提出了一种基于简正波的混响时间序列仿真方法推导出了模型的理论公式,给出了其实现方法和仿真结果基于运动声源和接收器的简正波声场和混响点散射模型,并就仿真结果进行了混响时间序列幅度瞬时值、包络值的概率分布密度以及时间相关性等统计检验。和理论结果对比表明了该仿真模型的有效性,可用于浅海低频混响序列的仿真。     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

相控聚焦超声与圆孔交互作用的散射特性研究

相较于传统超声检测,相控阵技术的声束聚焦控制能力使得相控超声检测的分辨率、信噪比和灵敏度等性能得到有效提升。但针对相控超声与缺陷的交互作用认识不足,导致目前检测技术无法对缺陷进行准确定性和精确定量。为此,建立了一维线阵相控超声检测圆孔缺陷的有限元模型,重点研究相控聚焦波束与圆孔缺陷交互作用的声场散射特性。结果表明,圆孔散射L模态的能量主要集中于正反射区和正透射区,且在透射区的能量大于反射区的能量,而在与入射声束垂直的方向上能量极其微弱,几乎没有散射能量;散射L模态沿入射方向呈轴对称分布;对于不同直径的圆孔缺陷,直径越大,在相同方向上散射波的能量越大;对于相同直径的圆孔,聚焦波与平面波入射时,散射波的分布规律相同,但聚焦波散射的能量明显高于平面波入射时散射的能量。     

船坞登陆舰声散射时频特征数值及试验研究

阐述了基于虚源法的板块元基本原理,以及目标强度和时域回波的计算方法。通过建立三维船坞登陆舰的网格模型,考虑水面反射以及船艉部分浸水的影响,计算得到了水平方位上的目标强度、由远场到近场回声强度的变化规律以及浅海水域下通过水雷正上方时回声强度的通过特性,并对这些结果进行的分析。通过开展运动水面舰船模型声散射湖上试验,获取了舰船模型时域回波特征,并与计算结果对比。研究结果表明,采用基于虚源法的板块元能够对船坞登陆舰的目标强度、回声强度以及时域回波结构给出比较准确的预报。研究结果将对提高船坞登陆舰声隐身特性,避开鱼雷和水雷等水中兵器的攻击提供一定的参考价值。     

Wideband multipath rejection for shallow water synthetic aperture sonar imaging

Synthetic aperture sonar (SAS) is an emerging technology for seafloor imaging, which has an appealing property of range- and frequency-independent spatial processing resolution. However, for a low-frequency SAS system operated in shallow water environments, there are often strong sea surface and bottom reflected multipath components that interfere with the desired echo signals. Based upon a small vertically displaced hydrophone array, several spatial processing algorithms have been proposed for multipath reduction. Most of these algorithms, however, are only applicable to narrowband signals, whereas wideband signals are usually used in low-to-medium-frequency SAS systems in order to achieve a high range resolution. This paper presents a steered robust Capon beamforming (SRCB) approach, and applies the approach, together with the data-independent delay-and-sum beamforming and the conventional wideband robust Capon beamforming, to wideband multipath rejection for shallow water SAS imaging. Numerical simulations of the proposed SAS processing have verified the performance improvements on output image quality over conventional processing in terms of both ghost target strength reduction and contrast enhancement.     

基于圆孔阵列调制的“猫眼”目标隐身技术

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁,在不改变光电装备光学结构以及有限"牺牲"成像质量的前提下,提出利用圆孔阵列的光强调制作用降低光电装备的"猫眼"效应,实现隐身。基于单孔衍射成像原理及空间平移效应,从理论上给出并仿真分析了圆孔阵列远场夫琅和费衍射的光强分布特性,利用实验的方法对圆孔阵列用于"猫眼"目标隐身的效果进行了验证。结果表明,利用圆孔阵列可实现对典型"猫眼"目标回波的光强调制并造成回波损耗,"猫眼"目标隐身效果明显。     

一种用于水声运动目标成像的空间散射模型

水声成像过程中为了分析所接收的运动目标回波、理解接收信号的形成机理,提出了一种用于该情况的空间散射模型,并利用此模型仿真了"T"型阵成像声呐接收的回波信号。对信号的分析说明了空间散射模型的正确性。以空间散射模型为基础,利用傅里叶变换波束形成算法对不同条件下的球体目标进行了水声成像,并分析了成像性能。性能分析说明了水声目标大小、距离等因素对成像的影响情况,还特别强调了在运动情况下目标的成像情况。以上工作完成了对"T"型阵水声成像过程的模拟,为成像过程回波信号研究和成像声呐研制提供了理论基础和仿真手段。     

基于超声相控阵的水下船体表面成像方法研究

针对当前水下船体表面成像设备较少、成本较高、成像误差较大的问题,提出一种基于超声相控阵技术的水下船体成像方法。以超声相控阵技术为基础,控制一维线型超声相控阵列换能器发射的聚焦声波对水下船体表面进行相控扫描,声波作用于船体表面后发生散射,回波被换能器接收后利用双曲线交汇法计算出各反射点的点云数据,最终利用点云数据重构出水下船体表面的三维模型。通过搭建水池船模成像实验对方法进行了验证,结果表明,重构图像最大误差小于5mm,具有较高的成像分辨力。     

Subspace‐based techniques for 2‐d DOA estimation with uniform circular array under local scattering

Abstract

In mobile communication systems, local scatterers in the vicinity of the sources cause angular spreading of radiating signals as seen from a base station antenna array. Thus, the base station antenna array is typically situated on the roof of a high building away from potential multipath reflectors. The uniform circular array (UCA) geometry provides 360° azimuthal coverage and also provides information on source elevation angles. We consider the problem of two‐dimensional (azimuth and elevation) direction‐of‐arrival (DOA) estimation with UCA. In the multipath scenario, the base station antenna can receive many coherent signals that cause the array manifold to be different from the conventional array manifold model. Herein, parameters of the spatial signature in the presence of local scattering are presented which apply to UCA. Then, we present a fast searching technique to improve the efficiency of the MUSIC algorithm for two‐dimensional DOA estimation. The fast signal subspace‐based estimation method utilizes the ESPRIT algorithm and then adopts sequential one‐dimensional searching to save computational cost. Several simulation results are included for illustration and comparison.