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。     

畸变直线阵阵增益计算及仿真研究

阵增益是直线阵最重要的技术指标之一,理想直线阵以半波长布阵,阵增益为阵元数的函数。阵形畸变导致阵元间距发生改变,使直线阵增益显著下降,一方面由于各阵元接收信号的相位差发生变化,另一方面因为各阵元接收信号的相关性改变。从理想阵形情况直线阵的增益出发,并假设阵形畸变不改变各阵元接收信号的相关性,给出了畸变直线阵信号增益、噪声增益和阵增益的计算方法。仿真了直线阵畸变为圆弧形,阵增益随畸变参数的变化情况,分析给出了信号从不同方向入射、阵形未知/已知时,阵增益与信号增益、噪声增益变化的关系。     

基于多普勒频移的水下运动目标测距技术

研究了基于多普勒频移的水下运动目标测距的方法及关键技术,采用了基于Hilbert变换的信号平稳化方法,结合频率匹配和PMTM多锥度法功率谱估计改善处理增益并提高线谱的短时频率估计精度,并结合几何模型及频率导数求解目标斜距。对算法进行了仿真,仿真结果表明,算法正确可行,在谱级信噪比不低于10dB条件下能有效提高被动式水下运动目标测距的精度。最后给出一个应用实例。     

基于水平分置线性双阵列的超声全聚焦成像方法在粗晶材料检测中的应用

针对粗晶材料超声检测信噪比低的问题,提出了一种水平分置线性双阵列超声成像方法。将两个线阵超声换能器沿直线水平分置在待检区域表面两侧,用收发分离的信号采集模式,一侧激发,另一侧记录各通道数据,进行聚焦成像。相比单阵列和同位置双线阵检测,文中的方法有效地减少了背向散射信号对缺陷信号的干扰,提高了成像信噪比。在粗晶铜质试块上的成像实验结果表明,当缺陷距离阵列较近时,文中的方法优于单阵列和同位置双线阵方法,成像信噪比提高约5～10 dB;当缺陷距离阵列较远时,单阵列模式和同位置双线阵检测方法失效,但文中的方法依然可以识别缺陷。文中的研究为粗晶材料的超声检测提供了一种可行的方案。     

声时测量精度的主要影响因素分析

针对声时测量精度提高的瓶颈问题,从信号处理的角度,分析了时差法液体超声波流量计中影响声时测量精度的两个主要因素,推导了理论公式,并给出了仿真结果。首先从单声道时差式超声波流量计测量模型出发,介绍了该模型成立的条件,测量原理和其声时测量中存在的问题,然后分析了（1）在高斯白噪声模型下,声时测量误差与系统信噪比的关系;（2）采用过零检测和信号阈值法判定信号到达时刻时,阈值对声时测量误差的影响,并分别给出了声时测量误差与信噪比和检测闽值的关系图。     

ICA和ANC技术在声脉冲无损检测中的应用

作为一种无损检测手段，声脉冲检测技术已被广泛应用于产品质量测试中，但是在工农业应用环境下，脉冲信号常常会被周围的噪声所干扰。尝试利用独立成分分析（ICA）和主动噪声控制技术（ANC）来降低这些干扰。在ICA方法中，将被测样本所激发的声脉冲响应、以及干扰噪声作为两个独立成分（IC），进行了分离实验；对于ANC系统，由于待抵消噪声中含有有用信号（声脉冲），所以该系统是一种特殊的、具有信噪比处理增益的有选择性噪声控制系统。文中分别对ICA和ANC技术做了简要介绍，并进行了声学实验，实验表明这两种方法都有较好的应用前景，同时也各有优缺点。     

聚焦线阵幅度权处理的研究

在舰艇辐射噪声测量中,为提高测量信噪比和估计噪声源强度空间分布,采用了聚焦线阵。在聚焦线阵的幅度补偿处理中,为使不相干背景噪声处理的输出最小,引出最佳阵增益处理,它和幅度补偿处理同属一类由一参量表示的权处理。本文讨论了各种权处理的阵增益及对不相干背景噪声的输出与最佳阵增益处理的输出之比,并给出了计算曲线。     

一种适用于低信噪比条件的DOA估计方法

波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计技术是信号处理中一个非常活跃的研究领域。但是无论传统的波束形成技术还是现代谱估计技术均适应于高信噪比的环境,当信噪比较低时,这些方法的波达方向（DOA）估计性能急剧下降。根据信号在时间上的强相关性和噪声在时间的弱相关性,提出了一种协方差矩阵的重构方法,该方法能够明显地提高协方差矩阵的信噪比。将新的协方差矩阵应用到最小方差无畸变响应（Minimum Variance Distortionless Re-sponse,MVDR）算法进行DOA估计,改善了传统MVDR算法在低信噪比条件下的DOA估计性能。计算机仿真和定向实验均表明在信噪比较低的环境中可以进行高精度的DOA估计。     

海洋环境噪声的一般模型及声压空间相关系数

1引言海洋环境噪声是声纳设备的重要干扰之一,它的存在降低了声纳的检测能力。水听器阵信噪比增益一直是水声学研究的重要问题,而阵增益与噪声的相关特性密切联系,因此,研究噪声的时空相关特     

干扰阻塞算法衰减区间分析及改善方法研究

为了抵消主瓣干扰,干扰阻塞算法被提出。该方法首先利用均匀线阵具有的相位差特点构建阻塞矩阵;然后用构建的阻塞矩阵对线阵接收数据进行阻塞预处理;最后进行波束形成将主瓣干扰去除。但该方法在抵消主瓣干扰的同时也会对线阵输出总能量、信号、噪声、信噪比造成不同程度衰减,致使不同方位波束形成输出结果差异较大,降低了对部分方位区间内目标的检测性能。为了详细分析干扰阻塞算法衰减区间,提高抗干扰性能和检测性能,推导了干扰阻塞算法实现原理和干扰阻塞前后总能量、信号、噪声、信噪比变化函数,论述了影响衰减区间相关因子,并提出了相应改善方法。理论分析和数据处理结果表明:干扰阻塞算法在去除主瓣干扰时,由于受衰减区间影响,无法对衰减区间内弱目标实现有效检测;改善方法通过修正因子降低了背景能量差异,减小了干扰阻塞算法衰减区间,提高了干扰阻塞算法对在方位区间内的检测性能,可对相邻干扰2°的弱目标实现有效检测。     

舰船地声信号的谱能量分析及相关性研究

分析浅水环境下舰船地震波信号和水声信号的功率谱比值（SAR）与频率的关系,以及它们的能量在频率上的差异。利用频域相关系数,分析两种信号的相关性。结果表明,在地震波信号很强的低频带（5—15Hz）和声信号很强的高频带（35—50Hz）,SAR值和相关系数都很高,而在两种信号能量强弱的过渡频带内SAR值和相关系数偏低。     

基于提升小波变换的超声信号消噪技术

为了提高超声无损检测（UNDT）和无损评价（UNDE）中基础数据的信噪比（SNR）,提出了一种基于提升小波变换多分辨率分析的超声信号消噪新技术.在分析传统裂谱分析（SSP）方法原理及其局限性的基础上,通过采用提升小波变换多分辨率分析能力将原始超声回波信号进行子带分解,然后按照一定的信噪分离规则来消除噪声,达到提高信噪比的目的.实验结果表明,与传统裂谱分析方法相比,该方法增强了消噪性能的稳定性,提高了超声回波信号的信噪比.     

Pattern时延差编码水声定位的时延估计研究

基于Pattern时延编码体制,针对水下超短基线定位系统设计了呼叫信号的正、负调频时延编码结构,并提出利用二次互相关技术进行时延估计。该方法在一定程度上能够提高呼叫方的可检测信噪比,同时在复杂环境下对信道中包括直达波在内的多径信号能量进行累加,能够准确地完成峰值检测,进而达到提高时延估计精度的目的。海试实验结果表明二次相关法在不同信噪比条件下能有效地抑制界面反射产生的多径干扰。     

具有信噪比处理增益的有源降噪系统性能分析

传统的有源降噪（ANC）系统的待抵消噪声中不包含有用信号，噪声希望被完全抵消；但在某些特殊的应用场合里，特别是对引入新的声场极度敏感的舰艇环境，待抵消噪声（主要是舰艇自噪声）中包含有目标信号（有用信号），噪声被降低的同时，希望信号被保留，这就是具有信噪比处理增益的有源降噪系统。本文给出了这种系统的物理模型，提出了针对该系统的“信噪比处理增益”和“信号失真度”概念，并进行了数理分析和仿真实验。研究表明：该系统能够降低噪声，但是信号会失真，影响该系统性能的最主要因素是参考输入端信噪比的大小。也就是说，只要合理设计参考噪声的拾取方式，该系统能够用于抵消舰艇自噪声，在获得较高的信噪比处理增益的同时，保持较低的信号失真度。     

一种广义的自适应相干累积算法

根据最小均方误差算法（LMS）、自适应相干累积算法（ACI）及推广的自适应相干累积算法（Generalized Adaptive Coherent Integrator,GACI）在原理上的相关性和推广关系,提出了广义的自适应相干累积算法（IGACI）。以GACI为基础,在权系数迭代公式中引入更多的动量因子,即利用权系数的更多的历史信息,使被检测的单频或调频脉冲信号,在脉冲持续期间实现自适应相干累积,从而完成低输入信噪比条件下的信号检测,而无需或很少需要知道信号的先验信息。理论分析和仿真结果证明在低信噪比情况下,其性能优于GACI算法。     

随机相幅误差对舷侧阵MVDR波束形成器阵增益的影响

舷侧阵正常工作时,由于海洋环境比较复杂,以及每路水听器通道的传输特性不完全一致,使舷侧阵每一个水听器输出信号的相位和幅度叠加了一个随机误差。在作MVDR自适应波束形成时,该随机误差的存在将影响到基阵的阵增益,降低检测能力。仿真结果表明:幅度和相位误差的存在会降低MVDR波束形成器的阵增益,两类误差越大,阵增益就越小;输入信噪比越高,MVDR波数形成器的阵增益就越小。文中从统计学角度分析了随机相幅误差对协方差矩阵的影响,然后通过数值仿真得到阵增益的变化规律。     

两种声学基阵被动定向性能的研究

本文研究了声测被动定位中，平面四元十字阵和立体五元五面体阵两种声学基阵的定向方法，导出了定向算法，并对定向误差进行了理论分析和数值仿真。为简化分析文中采用了基阵接收信号为平面波的假设。理论分析和仿真表明，立体五元五面体阵具有较高的定向精度，有较大的实用价值。     

矢量阵组合增益仿真分析

矢量传感器由声压传感器和振速传感器同心复合而成,由它而构成的矢量阵在信噪比增益上体现了更大的优越性.本文基于矢量传感器阵组合增益的理论分析,在不同方位给出了各种矢量阵组合增益的计算机仿真结果,理论分析与仿真结果吻合很好.     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

高灵敏度测氡脉冲电离室前置放大器设计

针对主流的商用测氡仪器在测量低浓度氡时精度低的问题,基于新型离子脉冲电离室输出信号特点,设计了一种基于集成运算放大器TL071的高灵敏前置放大电路.该前置放大器由电流电压转换、放大电路以及时间常数相同的CR-RC积分、微分滤波成形电路构成.使用Multisim10对其增益、幅频特性、失真度、信噪比以及输入阻抗等性能进行仿真与测试,结果表明:此前置放大器能将pA级的电流信号转换为电压信号并放大到V级,输入阻抗约为105 MΩ,电路失真度理论值可以达到O％,信噪比可达到100 dB.