双基地声纳矢量传感器直达波抑制技术

针对双基地声纳系统应用中存在直达声波干扰的问题,提出了矢量双基地声纳的概念。将矢量传感器的自然指向性以及指向性锐化思想引入双基地声纳系统。以单矢量传感器作为双基地声纳接收基地,利用电子波束旋转扫描技术,将指向性零点对准发射基地,完成了声源强干扰屏蔽下的目标探测。水池试验与湖上试验结果表明,单矢量传感器配合自体姿态信息,可完成对强声源干扰的抑制。此研究工作为矢量双基地声纳系统设计奠定了理论与试验基础。     

基于零陷展宽的双基地声纳直达波抑制算法

双基地声纳系统中存在目标信号与直达波干扰混叠且两者高相关的情况,常规的自适应抵消法因此失效。在双基地声纳系统配置已知的前提下,提出一种基于零陷展宽技术的多约束最小方差直达波抑制算法。该方法通过施加线性约束对特定方向的干扰进行抑制,并针对直达波干扰方位存在扰动时,多约束最小方差算法性能急剧下降的现象运用零陷展宽的方法对算法加以改进。基于零陷展宽的多约束最小方差算法直观、快捷。仿真及实验数据处理的结果表明,在直达波干扰方位大致可知的情况下,该算法能够对直达波进行有效抑制,且对直达波的方位估计误差具有稳健性。     

自编码器在浅海小目标前向散射信号检测中的应用EI北大核心CSCD

针对近距离浅海小目标前向散射信号检测受信道自身起伏影响较大的问题,提出一种基于自编码器的目标检测方法。该方法通过匹配滤波、希尔伯特变换和相位对齐等处理过程获取接收声场的稳态到达结构,利用自编码器无监督地学习无目标时背景声场的稳态结构,然后通过观测自编码器的重构误差能量变化实现目标探测。应用海上试验的蛙人穿越数据进行分析,说明了当收发距离为50 m,目标穿越位置与发射源距离为15 m时,单通道接收声场的探测扰动量大约可达到8 dB以上,联合多通道信号进行训练可进一步抑制背景声场的扰动。试验结果表明该算法在动态海洋环境中能够实现前向散射信号的检测,并可以确定目标的穿越时间。     

掩埋物体的小掠角散射声场与回波信混比

探测掩埋物体的水声系统,通常是在一定距离之外以小掠角声波扫描海底的方式工作,现有的射线声学模型已不能进行系统性能预报。采用波数积分模型和等效源建模方法,将声波在介质中的传播和掩埋物体的散射场计算融为一体,可以高精度地进行各种形状物体、不同声波束和任意掩埋状态下的三维散射场计算。利用开发的声场模型,计算出了典型球壳的等效目标强度和信号混响比随频率、掠射角及掩埋深度的关系曲线。在此基础上,提出一种基于时反聚焦发射、水下移动平台接收的双基地探测设想,并采用开发的声场模型验证了其正确性。     

圆阵双基地声纳直达波抑制技术研究

以圆阵为双基地声纳接收阵列流形,提出了一种新的基于多重信号分类(MUSIC)技术的波束形成及零点抑制算法。在理论分析了第一类零点约束条件的基础上,提出了第二类零点(高阶零点)约束条件。给出两类零点约束条件干扰抑制能力的比较。仿真结果表明,该算法可有效接收目标回波信号且屏蔽直达波强干扰。讨论干扰达波方向(DOA)与阵元数对算法直达波抑制能力的影响,以及多源干扰条件下算法的干扰抑制能力。     

基于矢量传感器的双基地声纳数据融合

提出了一种基于单矢量传感器的双基地声纳定位数据融合算法.阐述了矢量双基地声纳数据融合定位算法的基本原理与解决方案.与常规声压双基地T/R-R声纳系统相比,矢量双基地声纳系统拥有更为丰富的声场观测信息.较之传统声压型,基于时延定位的算法(TOL),此新算法可带来更高的定位精度.在近基线三角区域,定位精度提高约23%,而在基线定位盲区附近,定位精度提高近40%.此新算法同时还解决了TOL算法的定位二值模糊问题.     

声场分解的均匀圆阵实值MUSIC算法

经典方位角估计算法中未考虑阵列安装支架对阵列接收信号的影响,实际中阵列安装支架必然会对阵列接收信号产生影响。以环绕在刚性球上的均匀圆阵为阵列模型。在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,探讨了存在刚性球形障碍物时的声源方位角估计问题。首先从声学理论出发,分析了刚性球体散射声场及声场分解,讨论了刚性球体对圆阵响应的影响;进而结合阵列信号处理技术,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源方位角估计。计算机仿真表明,该算法能较好地估计出空间多个声源的方位角,且计算量小,估计精度高,具有解相关声源的能力。     

航空声纳双基地探测模型及仿真

从双基地声纳方程出发,分析了航空双基地探测条件下,声传播模型、目标特性模型、环境噪声模型以及混响模型的优化选择,提出了航空双基地声纳性能预测方法,并针对典型的海洋环境进行了仿真实验.仿真结果表明该模型和仿真方法能预测不同态势下航空双基地声纳的信号余量和检测概率,可为航空声纳优化使用提供参考.     

主动声纳直达波干扰抑制的盲分离算法

针对舰艇编队作战中主动声纳之间存在的强直达波干扰,提出了一种基于信号统计二阶矩的直达波干扰抑制算法,实现了强干扰背景下的微弱目标回波检测。这种方法将盲分离理论和匹配相关技术相结合,首先对接收数据进行直达波干扰抑制,再利用已知发射信号副本进行匹配相关,最后提取目标回波信号。相比其它强干扰抑制算法,特别是高阶累计量法,该算法具有计算复杂度低的优点。通过数值仿真实验表明：该算法能够对直达波干扰进行有效抑制,对目标回波的检测性能优于直接匹配相关方法。     

采用包络检波去除SISAR直达波干扰的新方法

为了去除直达波干扰，从强的直达波干扰背景中有效提取SISAR侧影成像的目标全息信号，提出了对接收的含有目标全息信号和强直达波的混合信号直接进行包络检波，然后通过对检波后的输出进行时域的正交分解，恢复目标的全息信号的新方法．仿真结果验证了理论分析的正确性。     

音响工程中的计算机辅助设计软件—CADP2（连载3）声学模拟

笔者在2002年本刊第6期向大家讲述了CADP2的声学模拟部分的RT60和直达声场计算.     

浅海声学和信号处理

在过去几年中,DREA研究了水下声信道的统计性质。对于在声纳和水下通讯中使用的有效的信号处理系统,这些性质对它的结构和性能有很大的影响。对这些水下信道的描述,主要是考虑信号传播和混响特性。前者影响到所接收的信号或回波的形状,而表面、海水和海底产生的混响或不希望有的反向散射是检测回波时的背景干扰。     

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。     

一种定量度量航空声纳浮标阵多基地性能方法研究

从声纳方程出发分析双基地声纳信号余量,将信号余量与检测概率相结合,给出了区域跟踪概率的概念和计算方法,比较了一种浮标阵的单基地与多基地跟踪起始特性,仿真结果说明了多基地浮标阵集中跟踪相对于单基地分布式跟踪的优势,区域跟踪起始概率可定量评估多基地航空声纳浮标阵特性.     

球形障板对矢量水听器接收性能的影响

矢量水听器可以同步共点测量声场空间一点处的声压和质点振速的各个分量,因此其被广泛应用于水声测量、探测、通信等领域。矢量水听器在水声测量的应用中会受到安装载体散射声场的影响,而这种载体可以看作为障板,由于障板的存在使散射声场的分布发生改变,以及矢量水听器的接收性能下降。仅以绝对硬边界为例,对球形障板的散射声场进行了理论计算和仿真分析。并且对带障板条件下矢量水听器的接收指向性的变化进行了仿真研究。结果显示,从散射声场分布图可以直观看出声场发生的变化,矢量水听器的接收性能变化与障板的尺寸、与障板距离远近、声波发射频率等因素有关。     

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。     

水下复合边缘扁平结构散射声场特性研究

通过采用边界积分方法并结合水声无源材料自由场测试等工程实际,对几种典型复合边缘结构形式的水下扁平结构的散射声场分布规律开展了进一步地研究与分析。在此基础上,尝试在不改变主体扁平矩板结构声学性能的前提下,提出通过附加边缘结构设计即物理解决途径上对自由场测试中存在的边缘效应进行抑制或去除,为提高测试精度（尤其是低频段测试精度）创造条件,也为边缘效应抑制机理和技术的研究与开发奠定基础。数值仿真与理论分析结果表明：1.复合附加边缘矩板结构的散射声场频域分布特性与多数附加边缘类型扁平矩板结构散射声场分布的总体规律基本一致,在趋势上是相似的,而边缘重数的增加加剧了前向散射与镜向散射声场间的差异性和不同程度地增大了声场的波动程度;2.附加边缘声学结构设计（如共振吸声结构或软表面声学处理、增加有效边缘重数等）对抑制结构边缘效应负面影响是有效的和可行的,且具有较好的可控性。     

超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究

利用散射系数周向分布图研究了超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性。建立了超声Lamb波与缺陷交互作用的有限元仿真模型,采用双元激励法产生单一S0模态入射信号,利用吸收边界消除边界回波的影响,采集缺陷所有方向上的散射信号并产生散射系数周向分布图。此模型的计算结果与实验结果一致,证明了模型的正确性。研究了S0模态与通孔和通透裂纹两种缺陷的交互作用,并测量了S0模态以零度角入射缺陷时的周向散射系数分布图,利用其图形特征可以进行缺陷种类识别。分析了散射场中多模态信号的能量分布,指出检测中若激励单一模态,而接收多模态信号,可以防止漏检,更有效地检测缺陷。     

圆柱阵主动声纳空时混响仿真及空时特性分析

经典的单元散射模型混响仿真方法无法应用于主动声纳空时自适应处理（space-time adaptive processing,STAP）算法研究。提出了一种基于单元散射模型的适合主动声纳STAP算法研究的圆柱阵混响仿真方法。根据声纳发射信号的距离和多普勒分辨力将海洋空间划分成若干个散射单元,将每个散射单元对各个通道混响的贡献在时域分别进行求和,得到各个通道的混响时间序列。仿真综合考虑了多种影响混响的因素,包括发射信号的参数、声呐平台的运动、海洋环境等。对仿真结果的空时特性进行了分析,结果表明仿真数据能够满足STAP算法研究的需要。     

音响工程中的计算机辅助设计软件——CADP2(连载3)——声学模拟

笔者在2002年本刊第6期向大家讲述了CADP2的声学模拟部分的RT60和直达声场计算。下面我们接着进行声学模拟部分的学习。 反射(声场)计算(Reflected Field) 应该说研究反射声场是声学课题中极其重要的一项。它的计算远比直达声场复杂得多,特别是二次以上的反射声场更是如此。反射声场对我们来讲有时带来益处,比如在音乐厅中,近次反射声能增加