一种基于CPCI总线的大动态范围声呐信号调理电路实现方案

在声呐性能仿真测试系统中,输入的声呐模拟信号动态范围很大。对这样的信号进行采集,需用调理电路对声呐测试信号进行预处理。给出了一种基于CPCI总线的大动态范围声呐信号调理电路的设计方法。该电路可实现信号的程控放大,衰减和滤波,能满足声呐性能测试的需要。     

水下目标应答技术的研究

本文提出了一种利用大动态范围脉冲幅度自动增益控制技术和数字波形存储技术，实现水下目标信号存储和目标回波波形模拟的方法。利用该方法设计的声呐目标应答器，经多次湖试和海试验证，技术方案可行，并取得了满意的波形模拟效果。文中主要介绍了目标信号存储与回波波形模拟的基本原理、海试结果及性能分析等。     

舰载声呐与航空吊放声呐协同双基地搜索范围研究

针对舰载声呐与航空吊放声呐构成的异类传感器双基地工作问题,建立了基于声呐方程的海洋环境噪声背景下双基地搜索范围模型。在舰载声呐与航空吊放声呐双基地协同工作系统中,舰载声呐发射探测信号,舰载声呐和航空吊放声呐均接收水下目标回波信号。根据能量关系建立了扩展面积、扩展距离、等效半径模型,定量分析了声源级、基线长度等因素对系统搜索范围的影响。仿真结果表明,当舰载声呐声源级相对于吊放声呐声源级足够大时,协同双基地工作模式在较大的基线长度范围内不仅在搜索范围上优于舰载声呐和吊放声呐均独立工作时的单基地联合搜潜,而且在搜索宽度上也有优势。     

采用SIGMA—DELTA技术的声呐数据采集处理板

1 引言 现代声呐对声阵数据采集和处理系统的要求越来越高,通常要求对几十路甚至上百路的声阵数据进行采集,并完成几亿次甚至几十亿次的运算操作,而每路信号的动态范围还可能超过一百分贝。面对这一新情况,传统的设计技术和常规的采集系统往往很难满足要求,特别是在大动态范围信号的压缩和抗信号混迭的处理上,问题更为突出。     

一种新型的大动态范围CCD相机视频信号处理电路

由于目前的CCD尤其科学级CCD的动态范围高达105:1,甚至106:1,此时若要满足ADC的动态范围大于CCD相机的动态范围,则必须选择分辨力为18～20bit的ADC,而航天级或高等级的高分辨力ADC较少且价格昂贵。本文利用CCD相机系统的噪声谱密度跟信号大小有密切关系这一特点,对于强光信号和弱光信号采用不同的信号处理链,从系统通道增益的角度阐述了低分辨力ADC实现高分辨力模数转换的原理及硬件实现方案,最后通过实验室成像测试验证,实验结果表明,用低分辨力A/D转换器采用粗细量化相结合方式实现了高分辨力模数转换,并提高了CCD相机的动态范围。     

解析数码照相机的宽容度

在传统的银盐感光胶片中，照像宽容度是指其感光特性曲线的直线部分相对应的曝光量范围，而胶片的实际感光范围包含了特性曲线两端的足部和肩部，这与数码照相机完全不同。数码照相机的一项重要性能是其CCD传感器的动态范围。在信息传递系统中，所谓动态范围是指一个传感器响应的最大和最小信号之比，对数码照相机的CCD而言，这种响应是呈正比直线关系的，因此动态范围也表征数码照相机的照像宽容度。本文对数码照相机和传统照相胶片的宽容度进行详细的分析和对比，并提出很多在实际应用数码照相机拍摄中应注意的问题。     

普氏蹄蝠声呐脉冲序列与结构形变的模式匹配

普氏蹄蝠的声呐系统具有显著的动态特性，包括声呐结构的动态形变（鼻叶运动、耳廓运动）和超声脉冲序列的动态调整（脉冲数目、激发时刻等）。为了研究这两种动态特性之间是否存在耦合关系，通过生物实验同步采集普氏蹄蝠的鼻叶运动、耳廓运动和声呐脉冲序列；针对出现频率较高的两种鼻叶/耳廓耦合运动模式，利用神经脉冲模式分类方法（Spike train SIMilarity Space，SSIMS），对其同步的声呐脉冲序列进行分类。分析结果表明，普氏蹄蝠声呐脉冲序列的变化与其声呐系统结构的动态形变相匹配，即不同鼻叶/耳廓耦合运动模式对应不同脉冲数目和脉冲激发时刻的声呐脉冲序列。     

基于压缩感知的高动态范围混合信号采样方法研究

为能够有效获取高动态范围混合信号的弱信号,提出一种基于压缩感知的信号采样方法。通过弱信号与预估值之间的最小均方差得到一种新的感知矩阵,该感知矩阵可以在抑制强信号的同时保留弱信号;利用相干分析法验证该矩阵满足约束等距性条件,并对噪声误差进行分析。实验结果表明:该方法可实现高动态范围混合信号的弱信号的采样与重构。     

基于Hough变换的声呐航迹检测算法

为了提高声呐对目标航迹的检测性能，从单部声呐的时间融合的角度出发，提出了一种基于Hough变换的声呐信号检测算法．该算法把航迹上的观测点变换为参数空间的对应曲线，充分利用了一段时间内的目标观测数据，在低信噪比下也能从背景噪声中提取出目标的航迹特征，该算法有效地提高了声呐信号的检测概率，对部分信息和数据的缺失不敏感．仿真实验证明了算法的正确性。     

基于伪虎鲸click信号的主动声呐探测信号低截获性分析

为解决现代主动声呐易暴露的问题,提出以伪虎鲸click信号作为主动声呐发射信号波形进行探测,以实现声呐的低截获性。首先通过宽带模糊函数分析了伪虎鲸click信号的分辨性能;然后通过仿真对比单双基地声呐探测模型下,伪虎鲸click信号与常规主动声呐信号的截获因子,验证了其低截获性。结果表明,伪虎鲸click信号三维宽带模糊函数呈现理想的“图钉型”,时延分辨力达到7.644×10^(-6) s,频移分辨力达到7.405 Hz,具有良好的分辨性能;伪虎鲸click信号的截获因子在−4.887~−17.6 dB之间,始终小于0 dB,且远低于常规主动声呐信号,具有优异的低截获性能。伪虎鲸click信号作为声呐发射信号可实现有效与低截获性的声呐探测。     

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。     

密集式MIMO声呐高分辨成像实验研究

为验证密集式多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)声呐高分辨成像算法的有效性,进行了水池实验并获得了期望的高分辨成像结果。首先,将成像算法分为角度维高分辨成像和距离维高分辨成像两种,分别建立了各自的成像处理流程。角度维高分辨成像基于虚拟阵列波束形成算法,距离维高分辨成像基于大带宽信号合成算法。然后,根据两种处理流程选择合适的发射信号和阵型,并据此搭建密集式MIMO声呐高分辨成像平台进行水池实验。最后,通过与传统单输入多输出(Single-Input Multi-Output,SIMO)声呐的成像结果进行对比,证明了MIMO声呐可结合发射信号、阵型和相应的处理流程获得更高的角度分辨率和距离分辨率。     

谱修正技术在脉冲压缩信号检测中的应用

脉冲压缩是信号检测的一个重要技术,在多目标水声环境下,为避免强目标脉冲压缩输出的旁瓣掩埋弱目标的主瓣,引入窗函数加权技术来抑制旁瓣,提高对目标的空间分辨率。同时考虑到实验中声呐系统的带宽和时宽受限制,对于小时宽带宽积的脉冲压缩信号,引入谱修正技术,进一步提高主旁瓣比。利用Matlab给出理论仿真结果,并通过实验验证该技术在噪声背景下对观测小目标的实用性。     

连续波声呐中的调频信号设计方法及性能分析

相对传统的短时脉冲波主动声呐而言,连续波主动声呐是一种新型体制的声呐设备,允许在扫描周期内发射高占空比的信号,并且在发射信号的同时进行侦听,由此可以对水下目标实现连续照射,消除距离盲区。由于发射和接收机制的不同,连续波主动声呐对发射信号的波形和处理方法也各有差异,一是要考虑到"直达波"抑制问题,二是要在时间带宽积和对目标的照射时间间隔两者之间进行折中。针对上述两个问题,设计了一种在连续波主动声呐中发射的新型脉冲串信号,该类信号由多个相互正交的广义正弦调频信号串组成,以此在频域上消除回波与拷贝信号的相关性;后置处理中对接收回波提供了三种不同的方案,在时间带宽积和照射时间间隔两者之间择优选择最佳检测效果。计算机仿真结果表明:该类信号波形以及相应的处理方法可以有效地抑制直达波干扰并给出目标的速度-距离信息。     

相关测速声纳工作原理及海试验证

“波形不变性”原理是相关测速声纳的基本工作原理,利用射线声学方法对此原理进行了论述。分析了相关测速声纳的两种设计思路:时间相关和空间相关。提出了采用空间相关的思路设计相关测速声纳样机的具体方法,包括阵型设计、信号设计和软件工作流程,并分别在西太平洋和中国南海进行了两次试验。将海试数据结果与声多普勒流速剖面仪和差分GPS从速度大小和方向上进行了比较,证明了相关测速的可行性,验证了流混响和底混响的相关理论模型、声纳阵设计以及信号处理方法的正确性。     

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。     

基于实录音频的吊放声呐模拟器设计与仿真

针对多数模拟器无法营造逼真操作感受的问题,提出了一种基于声呐实录音频的吊放声呐模拟器,并给出仿真实例。该系统运用反波束形成技术,基于实录音频合成具有真实听觉感受的阵元域信号,采用真实的波束形成方法和信号处理方法,能够得到与实际装备十分近似的视觉效果和听觉感受,对声呐操作员的日常训练是十分有益的。     

被动声纳目标识别系统设计研究

目标识别是声纳的主要功能之一,其性能包括识别正确率、泛化能力和识别距离。由于数据样本的保密特性,声纳目标识别系统设计有其自身特色。在设计过程中,应首先降低对数据样本的依赖,把目标辐射噪声的机理分析、组成、运动规律等知识巧妙地运用到系统设计中;其次还应尽可能提高泛化率,以提高声纳目标识别系统对未见过的样本的正确识别能力。讨论了声纳目标识别流程、声纳目标识别系统的设计方法;在声纳目标识别系统的性能评估中,给出了目标识别距离的估算方法。