三元组线列阵分裂波束目标方位跟踪方法

针对单线阵进行弱目标跟踪时容易受到强目标影响的问题,将三元组线列阵进行分裂波束定向,可提高对弱目标的方位跟踪能力。通过将三元组线列阵等分为两个三元组子阵,对两个三元组子阵分别进行心形波束形成,利用各自心形波束输出进行分裂波束处理得到目标方位。与常规单线阵分裂波束目标跟踪方法相比,该方法不但能给出跟踪目标的左右舷信息,同时提高了不同舷侧存在多目标时的目标跟踪能力。对海试数据的实际处理结果表明,三元组线列阵分裂波束定向时提高了对多目标的方位跟踪能力。     

MVDR自适应波束形成技术在水声中的研究进展

高分辨波束形成器比常规波束形成具有更好的方位分辨力与干扰抑制能力。该波束形成器能够提高阵列输出信干噪比,从而提高声呐的探测性能。与多重信号分类、旋转不变子空间等方法相比,最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器输出真实反映了观察方向的信号功率,同时可提供波束时间序列做后置处理,在水声阵列处理领域得到了快速发展和深入研究。对高分辨MVDR技术在水声阵列处理中的研究进展进行了回顾,重点介绍了其宽带处理、稳健性、运动补偿、解相干等国内外的研究热点和最新成果,同时给出其在各种水声阵列处理领域的应用前景。     

拖线阵声呐若干信号处理问题分析

研究分析了拖曳式线列阵声呐（包括单线阵和多线阵）的有关信号处理方法及其性能,包括阵增益、宽带指向性函数、方位估计的性能限、目标左右舷分辨以及对模型误差宽容的波束形成方法等。指出单线阵的阵增益和方位估计精度是一个重要指标,利用多线阵的水平孔径可以区分目标的左右舷方位。结合拖线阵的湖、海试实验,说明拖线阵信号处理的工程应用情况。     

宽带信号精确测向方法研究

研究比较了利用MVDR和互相关分裂波束法进行宽带信号精确测向的性能。仿真结果表明，对单目标测向，信噪比在0dB以上时，互相关分裂波束法可以达到与MVDR相当的测向精度，且具有较小的运算量。     

基于高阶次Cross Sensor处理的波束形成方法

为得到鲁棒性、高分辨波束形成,提出了一种高阶次Cross Sensor处理方法。该方法依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,对协方差矩阵进行M阶次Cross Sensor处理后可虚拟出近(2~M-1)(N-1)个虚拟阵元(N为原始阵元数)。虚拟阵元的增加可扩大线阵有效孔径,降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率。在Cross Sensor处理过程中,该方法对协方差矩阵同一斜对角线上不同元素进行了叠加运算,可进一步削弱噪声对波束形成的影响,提高了波束形成鲁棒性。数值仿真和海上试验结果表明,该方法既能有效降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率,又可削弱方位历程图干扰背景。相比已有的逆波束形成,该方法具有较好的方位分辨率;相比已有的基于AR模型的高分辨逆波束形成,该方法对最低门限信噪比的要求较低,方位估计均方误差较小。     

三维前视声呐信号处理方法

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。     

基于频域分解的水声信号宽带盲波束形成

盲波束形成算法可以在不知道阵的流型、信号及干扰方位的情况下,仅根据各阵元接收的数据恢复信号。由于水声信号为宽带信号,为了充分利用宽带信息,提出利用频域分解的方法获得满足窄带条件的信号,并利用窄带盲波束形成JADE（Joint Approximate Diagonalisation of Eigen-matrices）算法进行处理。对宽带盲波束形成算法进行了理论推导和仿真实验。研究结果表明,盲波束形成算法相对于常规波束形成在信号恢复方面有优越性。     

水下小目标合成孔径声呐层析成像技术研究

水下小目标精细成像对于正确识别水下目标具有重要意义。目前,多波束成像声呐和条带合成孔径声呐是获取水下小目标图像的主要手段。水下目标的判别主要利用了目标图像的亮点特征,即使是同一目标从不同方位观测时得到的结果也可能差异较大,这给快速识别确认目标带来了困难。为解决该问题,提出了利用圆周合成孔径声呐对水下小目标进行水声层析成像信号处理方法,提高了声呐的多角度融合观测能力。仿真及试验数据处理结果表明,合成孔径声呐层析成像方法能够获得目标外形轮廓精细特征,有利于水下小目标的正确识别。     

宽带盲波束形成与卷积混合盲源分离

盲波束形成是在不知道阵形，目标方位以及阵元响应等信息的情况下，只根据阵元输出恢复源信号。现有盲波束形成对窄带信号研究比较多。而对宽带信号盲波束形成论述较少。本文从信号模型，系统框图。处理的三方面说明盲波束形成与盲源分离近似，并指出卷积混合模型盲源分离完全可以作为解决宽带信号盲波束形成问题的一种通用方法。     

一种有效压缩宽带MVDR计算量的方法

1 引言 传统的基于MvDR的宽带被动测向方法有计算量大、不利于实际应用的缺点.本文在MvDR中使用了一种在普通波束形成中应用的分裂波束方法[1,2],将线列阵分为两个子阵,通过MVDR预波束形成、互相关估计、内插等处理,有效地压缩了宽带MVDR的计算量.     

一种基于关联处理的声呐图像去噪技术

为了改善声呐图像中存在大量杂波而导致目标跟踪困难,设备虚警率高的缺点,提出一种图像关联降噪算法。首先利用目标特性对静止目标进行剔除,之后利用目标运动的持续性和目标回波在连续多帧图像中的空间位置关联性,对随机噪声进行进一步滤除。仿真和试验数据验证,所提出的算法对于背景比较稳定的图像,降噪效率不低于95%。     

单矢量传感器DEMON谱检测技术研究

水声目标辐射噪声的包络谱中包含调制线谱(DEMON),不同类型的水声目标其DEMON谱不同,研究单矢量传感器利用DEMON谱检测目标信号的能力。采用文中定义的解析声强流方法,将单矢量传感器拾取的同一点的多信号源的振速矢量叠加统一描述在解析声强流的相位中,目标方位可以通过计算解析声强流的相位得到。仿真计算结果表明,这一方法对不同基频调制的宽带信号的检测能力可达-20dB,方位分辨能力在信噪比为-15dB时约为10°。对湖试数据的处理结果已证明本方法的可行性。     

反蛙人声呐的相控波束稳定

吊放式反蛙人声呐的水下姿态不稳定性对设备性能带来不利影响,声呐湿端姿态倾斜会使各波束主瓣平面偏离水平面,导致水平面内的发射声波强度损失以及海底、海面混响反射强度的增加,姿态旋转则会造成声呐接收方位失真。文章在推导给出湿端陀螺坐标系与大地坐标系之间姿态变换关系的基础上,基于大地坐标系内的姿态和横滚角,以相控俯仰实现导引方位上的发射波束稳定,在纵倾6°情况下,于波束导引方位可获得2.7 dB的波束稳定增益;以湿端横滚角补偿进行接收波束的方位修正,弥补陀螺航向角修正的精度误差,在纵倾6°情况下,能克服最大0.56°的方位修正误差;将仿真结果和有关试验数据进行了分析比较,验证了相控波束稳定方法的工程可行性。     

用于声呐图像处理的侧抑制模型改进算法

以声呐图像边缘增强为背景,将侧抑制理论引入声呐图像处理中来。展开了侧抑制模型算法分析及优化研究,探索侧抑制算法模型的改进算法,仿真和实际声呐图像处理效果显示,改进算法处理图像边缘更加清晰,噪声抑制更加明显,可以提高图像声呐目标轮廓提取以及分类识别的准确率。     

多级背景均衡在多波束LOFAR处理中的应用

被动声纳检测中背景均衡通常是沿着频率或者方位对噪声进行均值估计。为了提高多波束窄带检测能力,需采用一种新的背景均衡方法来估计噪声的均值。针对水下目标辐射噪声的线谱横跨相邻多个波束,将多级背景均衡应用到被动多波束窄带检测中。它是根据所选择的数据窗,沿着频率和方位对多波束LOFAR图进行两维的背景均衡处理。该方法能够有效地抑制目标方位相邻波束线谱,提高多波束LOFAR图中窄带信号检测能力。海试数据处理结果表明,该方法不仅有效,而且计算量小。     

基于Chirp Scaling成像算法的高分辨聚束式合成孔径声呐

基于两步处理算法和ChirpScaling算法,提出一种适用于条带式成像算法的通用高分辨聚束式合成孔径声呐(SAS)模型。该模型结合了谱分析(SPECAN)算法和ChirpScaling算法的优点,算法首先采用deramp和升采样处理技术实现方位的粗聚焦,消除了聚束式SAS特有的方位频谱混迭现象,然后应用ChirpScaling原理实现距离的精确聚焦,并补偿deramp处理引起的方位相位误差,实现方位精聚焦。基于该通用模型,给出了实现的步骤,整个算法无需任何插值操作,只需复乘和FFT即可完成。该算法适用于宽测绘带高分辨率聚束式SAS的精确而高效成像处理。最后,通过计算机仿真,验证了该通用模型的有效性。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法。首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰。声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采用Radon恒虚警率(Radon Constant False Alarm Rate,Radon-CFAR)检测声呐历程累积图像中的目标短时运动轨迹,能够检测到低信噪比的目标。分析了空时归一化处理和检测算法的性能,并通过海试数据验证了该算法的有效性,可以检测到低信噪比的蛙人目标回波。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法.首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰.声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采...