被动拖曳线列阵机动过程中的频域宽带波束形成

为了进一步提高拖曳线列阵水下工作性能,首先通过对拖曳线列阵机动(转弯)过程建模,并根据所建模型计算出各阵元的实时位置,再推导畸变阵的频域宽带波束形成,并通过仿真实验对该畸变阵波束形成理论进行验证。同时,根据实际情况的偏差分析,比较估计阵形误差大小对目标检测效果的影响,并分析其在工程上的可行性。     

矢量拖曳式线列阵声呐流噪声影响初探

研究矢量拖曳式线列阵声呐护套管内的流噪声场。根据湍流边界层脉动压力谱的Corcos模型,采用频率-波数域上的二维谱方法,分析了流噪声对矢量拖曳式线列阵声呐的影响。给出了护套管内流噪声场声压和质点声振速的一般表达式,并由波数积分法得到护套管内点接收器、有限几何尺寸水听器和水听器阵列输出的流噪声各分量的功率谱。数值结果表明,矢量拖曳式线列阵声呐对流噪声的轴向分量十分敏感,在流噪声控制背景下,矢量阵的工作性能将退化为常规阵。     

拖曳线列阵流噪声抑制实验

拖曳流噪声主要由流激缆阵振动和湍流边界层起伏压力引起的两大类噪声组成。已有研究表明当拖曳线列阵声纳达到一定拖速后,流噪声是限制低频拖曳线列阵声纳探测性能的主要因素,因此,研究流噪声抑制方法对提高低频拖曳线列阵声纳探测能力具有重要的意义。通过设计不同测量阵段构建流噪声测量系统,利用实验测量数据研究流噪声空间相关性和流噪声抑制方法。通过研究表明,利用4~20个密排水听器构成水听器组较单个水听器在500Hz以下可提高8 dB~15 dB左右的流噪声抑制能力,同时也可通过柔性的水听器安装结构达到抑制流激振动流噪声效果。     

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。     

本艇机动时拖曳阵的阵形估计及左右舷分辨方法

本艇机动时，拖线阵的阵形畸变非常严重，降低了拖线阵检测微弱目标的能力，利用畸变拖线阵接收到的声场数据作阵形估计，然后利用估计出的畸变阵形信息作宽带检测和目标左右舷分辨。实验数据处理结果表明，该方法可以提高畸变阵的宽带检测能力，很好地分辨目标的左右舷。     

固体拖曳线列阵流噪声试验研究

拖曳线列阵在现代海军反潜、海洋油气资源勘探中得到越来越广泛的应用。由于液体填充的拖曳线列阵机械强度低,抗蠕变性能差,使用过程中发生污染海洋环境的风险大,于是越来越多的国家开始研究固体填充的拖曳线列阵。固体拖曳线列阵具有更高的机械强度,良好的抗蠕变性能,可以在线阵全寿命期内保持圆截面特性,可靠性高,并具有抑制线阵中呼吸波和膨胀波的固有优势。介绍了固体拖曳线列阵流噪声特性试验方法和试验结果,并对试验结果及其原因进行分析。试验结果表明,频率f >40 Hz时固体线列阵的流噪声低于液体线列阵;对于串在一起拖曳的两种声学段其流噪声与前后顺序无关。     

长线阵联合阵形估计系统研究

针对长线阵易发生阵形畸变问题,提出一种基于非声传感器和水动力模型求解的联合阵形估计系统。该系统在充分利用非声传感器信息的基础上,进一步根据拖线阵水动力模型,求解实时阵形,实现阵形估计。仿真实验及数据分析表明,与传统的阵形估计算法相比,该系统的估计精度提高10%以上,对工程实践具有较高的指导意义。     

潜用拖曳线列阵声呐的发展及战术使用

本文简述了拖曳线列阵声呐的优点和发展概状;说明了我国发展拖线阵声呐的必要性和应遵循的基本原则;给出了系统配置和方案设想以及战术使命。     

四分之一波长间距阵抗拖船干扰研究

为改善拖曳线列阵声呐的尾向探测能力,降低拖船噪声对半波长间距阵尾向探测性能的制约,本文关注四分之一波长间距阵对连续波信号和带限噪声的响应。研究表明,四分之一波长间距阵具有非对称的端向指向性,与半波长间距阵相比有约20 d B的空间抑制能力,能有效抑制拖船辐射噪声干扰。本文还提出用零陷权组合传感器构成四分之一波长间距阵,理论上其抗拖船噪声干扰的效果比四分之一波长间距阵更好。     

拖曳线列阵声呐技术发展综述

综述了拖曳线列阵声呐技术发展现状，并指出其未来的发展方向。     

拖曳阵阵形估计的自适应Kalman滤波算法

柔性拖曳阵在水下拖动时受拖船拖动及海流等的扰动,因此拖曳阵的阵形估计问题是个存在未知输入的系统状态估计问题。文中采用了一个自适应的KALMAN滤波算法来解决这一问题。自适应Kalman滤波器包括两部分:一部分是没有输入的Kalman滤波,另一部分是自适应加权的Kalman滤波用于估计快时变的余量偏差。在迭代的每一步,均利用M-估计器和Huber函数相结合构造作为更新偏差函数的遗忘因子。数值仿真与海试结果表明,该方法比传统的状态估计方法估计效果好。     

固态拖线阵和液态拖线阵的试验分析

拖曳线列阵声纳以低频、大孔径等特点而受到关注。作为湿端的主要组成部分,拖线阵的发展也比较迅速。由于应用较早,液态拖线阵技术已经比较成熟。相比于液态拖线阵,固态拖线阵具有自身的特点,因此近年来对固态拖线阵的研究也逐渐增多。为了比较两种成阵工艺对拖曳线列阵性能的影响,进行了湖试,通过对湖试数据进行分析,比较两种拖线阵中阵元一致性和拖线阵波束形成性能的差异。结果表明,在阵元一致性方面,液态拖线阵和固态拖线阵的性能基本相似;在波束形成性能方面,静态时两者性能无明显的差别;在拖曳状态下,固态拖线阵对拖曳时产生的噪声敏感性低,因而具有更好的波束形成性能。     

矢量水听器工程局限性剖析

重点研究了矢量水听器在工程应用方面的特点和局限性。首先给出了矢量水听器及其阵列的数学模型和它的性能特点;接着对矢量水听器和传统声压水听器在浮标/潜标平台、拖曳式平台以及水下航行器平台等应用情况下的性能进行了比较分析。结果表明,在浮标/潜标平台上,使用矢量水听器有利于低频时的目标探测,可以显著降低阵列孔径;而在拖曳阵及航行器等移动平台上,由于受流噪声、运动平台辐射噪声等因素的影响,矢量水听器的性能优势不易发挥。     

多波束融合BP神经网络拖船噪声抵消

拖曳线列阵声纳中,拖船噪声常常是影响声纳性能的重要因素之一。由于存在严重的多途效应,仅仅改变自适应结构难以提高拖船噪声抵消性能。因此在实际应用中,固定参考输入自适应干扰抵消技术的抵消效果一般均不理想,本文针对拖船噪声的特性,提出了一种多干扰波束融合的抵消算法,该算法具有抗多途效应效果好,可以较有效地消除拖船干扰,提高声纳的检测性能,试验数据处理结果表明它优于现有的自适应方法,且具有运算量少的优点,可望在实际声纳中得到应用。     

孔径扩展的一种改进算法

针对扩展拖曳阵尺寸算法进行阵列扩展中存在的重叠阵元位置约束问题,提出了一种基于扩展拖曳阵尺寸算法的改进阵列扩展算法。该算法通过在测量间隔内增加快拍获取时域信息,再将重叠相关器提供的孔径域相位信息平均化处理,获得相位修正因子补偿拖线阵连续测量的相位差,实现孔径扩展。该方法能够在未知源的先验信息和连续测量中阵元的空间位置不重叠情况下实现孔径扩展。仿真和实验结果表明,该方法能有效扩展阵列孔径,准确估计信号到达角。针对较低信噪比信号,该方法能够获得比扩展拖曳阵尺寸算法更好的相位估计和方位分辨性能。     

风作用下缆船拖带非线性系统运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三雏动力学运动方程，提出了被拖点位置匹配的方法，建立了拖船-拖缆-被拖船系统的非线性整体拖带动力学模型．为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及风栽荷作用的影响，被拖船采用水平面四自由度运动方程，并引入了风的作用力和力矩．拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程．对一个拖船拖缆被拖船系统（5000t的拖船和3000t的被拖船）在时域内进行了风作用下拖带运动的模拟．计算结果表明，风力增大拖带航向稳定性降低，拖带航向稳定是横向稳的必要条件．数值计算结果归纳出判别被拖带船航向稳定性的极坐标图，该极坐标图表明顶风航行较顺风具有较强拖带航向稳定能力，但是拖带航向稳定性区域很小，而顺风和顺斜风拖带比顶斜风具有更大的拖带航向稳定性区域．     

转向机动条件下的拖线阵WP模型适用性研究

阵形估计是拖曳阵声呐在拖船转向机动情况下不能回避的问题。已知的Water-Pulley(WP)模型所需信息易于获取,运算复杂度小并且可以预判阵形,在工程实际中有一定应用价值。但WP模型稳健性有限,阵形估计效果受拖船机动情况影响较大。为探究WP模型适用性以指导拖船机动避免模型失效,首先通过计算机仿真证明拖船转弯半径是最主要的影响因素;然后提出一种以最大测向误差和最大增益损失为模型适用准则,结合某船旋回特性以指导拖船机动的方法;最后分析了存在水流扰动时应注意的拖船机动情况。     

利用多普勒信息判断单线阵低速目标左右舷的方法研究

采用常规单线拖曳阵列作为双基地主动声呐的接收平台时,会存在左右舷模糊。常规左右舷判决方法需要声呐探测平台进行转弯等复杂机动,目标定位与跟踪的实时性和连续性难以保证。文章对利用回波多普勒效应实时判断低速目标左右舷的方法进行了研究,给出了目标低速运动的条件,并分析了多普勒响应可分辨特性与声呐平台位置、运动状态的关系。通过仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。海试数据处理结果表明,声源船仅具漂流速度时即可通过回波多普勒信息有效判别静止浮台目标的左右舷。该方法可以作为双基地主动声呐探测与定位系统中的辅助手段。     

基于伪随机序列的多波束水声探测系统的信道估计技术

多波束水声探测系统不同方向回波信号的同时检测,可以理解为通信中的信道估计问题。在水下多径传播环境中,多径信道的时延参数和幅度衰减参数的估计是多波束探测系统实现目标探测、定位和识别的基础,而抑制来自其它波束的多址干扰(MAI)是信道估计算法的重要目标。将直接序列码分多址(Direct Sequence Code-Division Multiple Access,简称DS-CDMA)通信系统模型应用于水声多波束探测系统。建立了基于伪随机序列的水下多波束探测系统的信号模型,研究了基于子空间方法的超分辨率信道估计算法。并给出了数值仿真实现,分析了信噪比、多址干扰及发射波束数等对信道估计算法性能的影响。仿真结果表明,该算法具有抑制多址干扰的性能,信道参数的估计方差逼近Cramer-Rao下界。这种信道估计技术尤其适合应用于多波束参量阵探测系统。