混响背景下主动声纳接收信号的可分离性探讨

混响背景下主动声纳的接收信号是否具有可分离性是盲分离在主动声纳抗混响中获得应用的前提条件。在建立混响背景下的接收信号模型的基础上,通过模型中源信号间相关性的分析,提出了一种接收信号是否具有可分离性的判断准则：在绝大多数时延条件下相关系数很小的发射信号,其混响背景下的接收信号具有可分离性。通过主动声纳的两种发射信号（CW和LFM）的仿真和海试实验研究对这一准则的可行性进行了检验。对于符合可分离性判断准则LFM信号,实验结果验证了其混响背景下接收信号的可分离性。     

圆柱阵主动声纳空时混响仿真及空时特性分析

经典的单元散射模型混响仿真方法无法应用于主动声纳空时自适应处理（space-time adaptive processing,STAP）算法研究。提出了一种基于单元散射模型的适合主动声纳STAP算法研究的圆柱阵混响仿真方法。根据声纳发射信号的距离和多普勒分辨力将海洋空间划分成若干个散射单元,将每个散射单元对各个通道混响的贡献在时域分别进行求和,得到各个通道的混响时间序列。仿真综合考虑了多种影响混响的因素,包括发射信号的参数、声呐平台的运动、海洋环境等。对仿真结果的空时特性进行了分析,结果表明仿真数据能够满足STAP算法研究的需要。     

收发分置式声纳系统混响仿真方法

给出了收发分置式声纳系统混响的一种仿真方法,首先推导出收发分置式声纳系统的体积混响、海面混响、海底混响的等效平面波混响级公式,并由等效平面波混响级公式计算出平均声强度衰减规律,与由声线法计算平均声强度衰减规律相比,仿真实现时计算更简单。并对仿真结果进行了平均混响强度衰减规律分析和统计特性与时间相关特性检验,与理论值相比较具有一致性,为收发分置式声纳系统的目标检测、信息传输技术研究提供理论依据。     

不同底质海底窄带混响信号空间相关半径研究

海底混响是主动声呐的主要干扰之一,分析海底混响信号的空间相关特性是抗海底混响技术研究的基础。本文依据混响信号的空间相关特性,从理论上解释海底混响信号空间相关半径的定义,利用实验数据研究了在不同海底底质情况下混响信号空间相关半径变化规律以及不同底质混响信号强度的变化。研究表明不均匀海底底质情况下,散射体颗粒增大,混响信号空间相关半径减小且底质较硬时混响信号较强。     

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。     

基于统计模型的混响信号仿真

基于混响信号统计模型,建立一种原理简单、易于实现的混响信号仿真算法,针对高频窄带信号引用椭圆滤波器进行滤波,仿真结果表明,该方法产生的混响信号无论在形式上还是统计特性上和理论分析结果都有很好的一致性,并分析了混响信号的相关、时频分布特性。     

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。     

探测高速小目标的声纳信号波形设计

针对用主动声纳探测水下高速运动的小目标存在的主要干扰,海面,海底混响和接收信号的起伏,讨论了宜采用的声纳信号形式,在混响信道中,对高多普勒目标采用加窗的长ＣＷ脉冲是合适的,而根据多途信道中回波存在的起伏的特点,需要采用多频脉冲,最后给出了用探测高速小目标的声纳最佳发射信号形式和频率编码方案。     

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.     

航空声纳双基地探测模型及仿真

从双基地声纳方程出发,分析了航空双基地探测条件下,声传播模型、目标特性模型、环境噪声模型以及混响模型的优化选择,提出了航空双基地声纳性能预测方法,并针对典型的海洋环境进行了仿真实验.仿真结果表明该模型和仿真方法能预测不同态势下航空双基地声纳的信号余量和检测概率,可为航空声纳优化使用提供参考.     

相关测速声呐海底回波仿真系统设计

相关测速声呐通过对回波数据的空间相关函数与空间相关函数理论公式进行模型匹配来获得载体速度等信息。回波空间相关函数的主瓣宽度影响载体的速度估计及精度。因此对海底回波空间相关函数特性的研究就显得尤为重要。依据相关测速声呐的工作特点,提出了采用Model-View-Controller(MVC)模式构建相关测速声呐海底回波仿真系统的设计方法,并基于VC 6.0软件开发平台将其实现。建立了友好的系统可视化仿真界面,为回波空间相关函数特性的研究提供了便利的平台。     

利用声相关流速剖面仪观测深水散射层

讨论了利用声相关流速剖面仪进行深水散射层观测的可行性。结合声相关流速剖面仪垂直发射编码调制信号、多阵元接收的特点以及测量流剖面三维速度的优势,提出利用回波强度和垂向速度两种方法对深水散射层进行观测。在23kHz声相关流速剖面仪工程样机海试数据的基础上,利用这两种观测方法对DSL进行了观测。观测结果表明：利用声相关流速剖面仪可以直观地观测深水散射层的分布及运动规律,这两种观测方法是实际可行的。     

一种分时工作的双路声呐发射机研制

针对自容式波浪声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP)所需声呐发射机的设计要求,设计并实现了一种分时工作的双路声呐发射机。从工程实际需求出发,结合功率电路的理论、工作经验和设计方法,提出一种全新的分时工作的双路声呐发射机的设计方案,制作出样机,并进行了水池试验。实验结果表明,该分时工作的双路声呐发射机,所选择的发射机通道能准确地输出相应的发射电压,满足自容式波浪ADCP的需求。     

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。     

基于相关法的医用超声耦合剂实时测量系统

声速和衰减是医用耦合剂的关键参数,对超声仪器的临床诊断相当重要。相关方法是测量两个相近波形之间时差的重要方法,"波形不变性"原理是相关测速的基本工作原理。基于相关方法,利用虚拟示波器在PC上构建了一个实时医用超声耦合剂测量系统。该系统通过USB接口对虚拟示波器进行控制及数据传输,并利用Windows系统的多线程工具对软件进行了优化,实现了实时测量、计算和显示。对几种耦合剂样品进行了测试,并对结果作了处理和分析,从而实现了生产过程中超声耦合剂的声速和衰减的在线检测和控制。     

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。     

被动声呐信号检测技术发展

水声信号检测是被动声呐系统进行目标探测所需的重要支撑技术,信号检测的性能直接影响到被动声呐系统对目标探测的能力。对被动声呐信号检测技术的研究情况进行了梳理,将其归纳为基于时域信息的信号检测技术和基于空域信息的信号检测技术两大类。在分析现有技术不足和应用需求的基础上,指出弱信号、低虚警率和有效利用水声传播信息等是被动声呐信号检测技术可能的发展方向。     

一种用于多载波水声通信系统的频域均衡算法

自适应均衡器是水声通信克服信道多径衰退、消除码间干扰(ISI)的主要手段。为了在不减少数据传输速率的情况下,有效提高系统的抗多径能力,提出了一种用于水声多载波通信系统的多通道频域自适应均衡算法。利用频域LMS算法,按照最小化频域均方误差的准则调节均衡器,从而获得最优的频域权系数。该算法一方面解决了在频域求得估计误差的问题,另一方面,和采用信道编码的方式相比,在不降低数据传输速率的情况下,有效提高了系统的性能,通过仿真试验和湖试对其性能进行了验证。     

OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现

在TI公司OMAP-L137双核平台的基础上,对嵌入式声学多普勒测流系统进行设计和实现,并通过实验对系统测流精度和性能进行验证。先通过中频正交采样构建回波复包络信号,再采用复相关算法检测信号的频移进行流速测量。在文中对算法进行了研究和原理分析。OMAP中的DSP核主要负责回波处理,系统设计包括系统控制、数据通信、信号处理等。结合仿真测试,并通过某湖水下实验对设备进行了精度和性能验证,获得了良好的测流效果并且系统具有很好的稳定性,达到了预期的设计指标。对于嵌入式平台水声设备的研制有一定的参考价值。     

Large-scale remotely interrogated arrays of fiber-optic interferometric sensors for underwater acoustic applications

The fiber-optic interferometric acoustic sensor array has established itself as a potential alternative to the conventional sonar array based on electroceramic transducers. In this paper, we discuss all the aspects of a large-scale fiber-optic interferometric sensor array. We review the basic operating principles of the fiber-optic interferometric sensor, signal processing, and multiplexing techniques, we present results from a noise model for a full size system, and we determine the benefit of incorporating a remotely-pumped optical amplifier in the array. As a practical example we describe the design and construction of a prototype array with 96 hydrophones incorporating a remotely pumped erbium-doped fiber amplifier, called the fiber-optic bottom mounted array, which is based on a dense wavelength division and time division multiplexed architecture. These arrays have applications in military sonar and seismic surveying.