浅海水声信道盲估计方法比较

由于多途效应,水下声源和水听器之间的通道可以建模为一个多途时延衰减信道.通过水下信道特性的合理假设,盲解卷积技术可以用于浅海水下信道的估计.不需要源信号和信道的先验知识,利用单水听器的接收数据,采用频率域的自然梯度方法、等变化方法、信息最大化方法来估计水下仿真信道,仿真证明了它们对水下信道估计的性能,其中等变化和自然梯度方法明显由于信息最大化方法.     

基于双信号对比法的水声信号重构技术

针对水声信道的多途干扰问题,提出了一种适合同态系统的信号重构方法。从同态滤波技术的解卷积特性出发,推导了水声多途信道的复倒谱表达式,对比不同地点或不同时刻接收信号的倒谱特征,通过提取相似性高的成分,实现了基于双信号对比法的水声信号重构技术。仿真和试验数据处理结果验证了方法的有效性,且性能优于常规特征滤波器。     

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。     

基于ac-MVDR高分辨算法的被动时反近场声源定位方法研究

为了克服多途效应对水下复杂结构声源的近场定位精度的影响,研究了基于幅度相位联合补偿的MVDR(ac-MVDR)算法的被动时反近场声源定位方法,该方法一方面将幅度补偿引入到MVDR近场聚焦波束形成中,充分利用声场的幅度相位信息重建声源平面上的噪声源空间位置分布,实现高分辨定位;另一方面可综合多途信息,对信号进行空时被动聚焦的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。通过仿真和实测数据的处理分析表明,该方法可有效的克服多途干扰,提高水下声源的近场定位精度。     

信道多途对定位系统时延估计的影响及抑制

基于水下声信道的特性,分析了界面反射对信号检测和时延估计的影响,论证了直达声和海面一次反射声时延差的变化规律。根据两信号叠加的特点,对常规的信号处理方法进行了改进。经仿真验证,改进的方法可提高“边沿”信号的检测能力,避免时延估计值的“跳变”现象,有效减小多途影响。     

两种水下目标深度估计方法的误差分析

在浅海水声信道的基础上．介绍了多途环境下两种单基元水下目标深度估计方法。通过分析目标距离、水听器深度等参数对估计方法的影响,得到了两种简化的深度计算方法,给出了它们的适用条件。并通过仿真验证了理论分析结果。     

H序沃尔什快速变换及其在水声扩频通信中的应用

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因,扩频通信技术的抗多途、抗干扰性能使之适合用于水声通信。然而,要想较好地解决多途衰落和多普勒频偏问题,须对接收信号进行多途分量的提取和多普勒频率搜索。这将使程序的运算量大为增加,一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。沃尔什快速变换能够快速的实现矢量和矩阵的相关运算,将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码、频率搜索和多途分集,可以保证接收信号的实时处理。从而,在信道多途比较严重、环境噪声较强的浅海信道中,能够实现长距离、低信噪比、低误码率、高保密性的实时扩频通信。通过湖试和海试,验证了此水声扩频通信系统的上述优良性能。     

被动迭代时间反转镜研究

抗除多途信道的干扰,优化被动检测性能是声纳信号处理关注的问题之一。通过仿真揭示了多途信道中单水听器时间反转镜的聚焦效应,研究了被动迭代时间反转镜技术,对其多目标定位选择性、多目标选择聚焦性能作了研究。结果表明利用了海洋信道的相干多途特性,被动时间反转镜可实现多个目标的空间匹配滤波：利用迭代算法,被动迭代时间反转镜可在抑制环境噪声干扰的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。     

基于水平阵的柱面声源高分辨时反聚焦定位方法

针对浅海条件下利用水平阵对水下目标进行噪声源近场高分辨定位会受海面、海底形成的多途效应影响,致定位结果具有严重的背景起伏甚至出现虚假目标问题,在建立水平阵近场柱面聚焦测量模型基础上,分别研究适用于单频线及宽带连续谱信号的水平阵柱面聚焦定位方法,即将幅度补偿引入MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)近场聚焦波束形成中,充分利用声波幅度信息及相位信息,并据基于射线理论的虚源法建立水声相干多途信道模型与静态介质中波传播的互易性及时反不变性,生成与水声信道特征信息相匹配的空间聚焦导向矢量。结果表明,该方法可有效克服多途效应影响,实现柱面声源高分辨定位。     

基于可靠声路径的深海声场垂直相关性研究

可靠声路径(Reliable Acoustic Path, RAP)是深海中的一种重要声信道,在总结可靠声路径物理机理及探测优势的基础上,采用射线模型分析了RAP声信道内水听器接收声线的结构特性,计算了32基元垂直线列阵接收信号的相关性随声源距离的变化,仿真结果显示在中程探测距离内信号垂直相关性将出现衰落。结合这一现象深入探究了多途效应对声场垂直相关性的影响,揭示了多途传播中能量较强的波在不同基元上的到达时间差是影响垂直相关性的最主要因素,最后利用以上分析对RAP声信道内垂直阵列的布放、设计及增益分析提出了建议。     

舰船宽带连续谱噪声的模拟

首先对舰船辐射噪声信号的时域特性和频域特性进行了分析讨论,根据噪声的连续谱特性,提出了一种用FIR滤波器实现宽带噪声信号模拟的方法。由于舰船宽带信号的连续谱在高频段具有-6dB/oct的衰减特性,因此该FIR滤波器的幅频响应也要与此一致,且为线性相位,即该滤波器的频率响应要具有特定的形状。采用了自适应方法很方便地实现了该特定频率响应FIR滤波器的设计,再将高斯白噪声信号通过该滤波器即实现宽带噪声信号的模拟。仿真结果表明,该方法较真实地模拟出任意给定频域特征的宽带连续谱噪声信号。     

基于FxKalman算法的有源控制器设计与实现研究

近年来,对于有源噪声控制算法的性能越来越重视。与基于维纳滤波原理的最小均方滤波(Filtered-x Least Mean Square,Fx LMS)、最小二乘滤波(Filtered-x Recursive Least Square,Fx RLS)算法相比较,基于卡尔曼滤波的有源控制算法(Filtered-x Kalman,Fx Kalman)具有较快的收敛速度和良好的跟踪性能,且对带宽噪声有较好的降噪性能。设计、仿真运行了Fx Kalman算法的有源控制器,并针对单频、窄带和宽带信号,在实验室封闭空间对Fx Kalman算法、Fx LMS算法和Fx RLS算法进行有源控制器验证性实验比较,证实了Fx Kalman有源控制器具有上述优点。而如果初级噪声为单频信号且对算法收敛速度要求不高,Fx LMS算法是最经济稳妥的选择。当需要控制带宽噪声或对算法收敛速度要求较高时,Fx Kalman算法则为最好的选择。     

一种基于色彩处理的被动声呐宽带目标检测显示方法

针对被动声呐传统宽带能量检测方式难以解决强干扰存在时的弱目标检测问题,着眼于目标、干扰及背景噪声频谱特征差异,提出了一种划分子带,利用颜色合成理论进行宽带融合检测的显示方法。针对弱目标存在稳定线谱或在部分频点能量相对较强的情况,可有效提升对弱目标的检测能力,并增强不同目标方位历程的区分度。     

两个宽带噪声矢量场模型的空间相关特性

针对宽带噪声矢量场的空间相关特性问题,文章讨论了各向同性噪声模型和表面噪声模型。在高频近似条件下,根据射线声学理论和简谐平面行波满足的欧拉公式,采用时域建模方法分别建立了宽带各向同性噪声和表面噪声矢量场模型。给出了噪声场相关函数的积分表达式和竖直方向空间相关系数的解析表达式。数值分析结果表明,相较于窄带噪声矢量场,宽带噪声矢量场各分量空间相关系数振荡幅度更小,随空间两点间距的增大更快地趋近于零;噪声源指向性对表面噪声场竖直方向上的空间相关特性的影响显著。相较于已有的宽带噪声空间相关系数计算方法,文中模型无需使用傅里叶合成方法,可通过时域建模直接获得宽带噪声空间相关函数。     

基于VMD和窄带包络相关的船舶辐射噪声改进DEMON分析

船舶辐射噪声的包络谱中蕴含着轴频和桨叶数等船舶固有特征信息,对船舶目标识别具有重要意义。为了提高船舶辐射噪声包络谱解调性能,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和窄带包络相关的改进DEMON分析方法。首先利用VMD算法代替传统带通滤波器,将船舶辐射噪声信号分解为若干个子带;然后对各子带进行希尔伯特(Hilbert)检波并计算平均窄带包络相关系数,用于衡量信号的包络调制在频域上的非均匀性;最后提取各子带信号包络谱并按照平均窄带包络相关系数进行加权融合,从而得出宽带噪声信号的包络谱。利用该方法对实测不同类型和不同航速船舶辐射噪声信号进行了处理,结果均表明所提方法能有效提高包络谱解调效果,较传统方法更为有效。     

Broadband resolution analysis for imaging with measurement noise

Resolution analysis for imaging in the presence of noise is presented. A simple definition of resolution that takes into account the effect of noise is introduced and is shown to depend also on factors such as the signal-to-noise ratio and the false-alarm rate. The striking effect of aperture-independent superresolution in imaging with broadband signals is demonstrated.     

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。     

测量冲击压缩下靶板表面漫反射率的光电系统

本文给出了一种实验研究冲击压缩下靶板表面漫反射率的光电技术 ,该技术使用激光作为外光源照射随机粗糙的靶板表面 ,同时测量不同立体张角的漫反射激光功率 ,进而得到表面反射率。测量系统中 ,用偏振分束器将激光与热辐射进行偏振分离 ,再将两束振动方向相互垂直的偏振光相减 ,完全消除了热辐射对信号的影响。已用该技术实验研究了钨靶在冲击压缩下的表面反射率 ,获得了较好的实验结果。文中对实验结果进行了简单的分析     

基于波导不变量的双阵元被动探测方法研究

利用一种水声信道统计不变特征(波导不变量)实现被动探测。采用双阵元,分别对每一个阵元接收的宽带噪声信号进行LOFAR分析,对LOFAR图利用Hough变换等图像处理方法进行参数估计,得到波导不变量和曲线(文中讨论抛物线)参数估计值,进而运用几何关系估计出运动目标的航向角、速度和距离信息。利用Matlab仿真验证了该方法的正确性。     

运动物体噪声场分解的传递路径声全息方法

声全息及波束成形技术可以通过对阵列噪声信号处理,获得运动物体表面声场的分布。如果物体中声源相距较近或声源相关性较高,该方法不能有效区分每个声源对目标表面声场的贡献。提出了一种基于声源特征的传递路径声全息方法。该方法同时采集外场阵列面信息及物体上声源参考信息,在声源识别过程中,结合声源传递路径对采样面信息分解,然后采用声全息技术重建声源,实现声源识别和声场分解。介绍了该方法的识别过程,并与传统的声全息方法进行多声源仿真对比;最后应用该方法进行了实际汽车噪声源的分解。结果表明,该方法能有效识别并分离出运动物体的噪声源。