一种改进的水声正交频分复用稀疏信道时延估计算法

水声正交频分复用(OFDM)系统中,采用传统正交匹配追踪(OMP)方法估计离网格(off-grid)时延时,需要很高的过采样因子和高昂的计算开销。针对传统OMP方法估计离网格时延计算复杂度高的问题,该文借鉴多元线性拟合思想引入路径补偿的概念,提出了一种基于路径补偿的改进OMP时延估计算法,用以补偿从离网格路径向其周围网格位置泄漏的能量,并用补偿距离这一参数来解释路径补偿效果。该算法无需增加过采样因子,仅利用恰当的补偿距离即可实现较好的估计效果,且能在提高估计性能的同时降低计算复杂度。仿真分析与海试结果验证了该方法的优越性。     

混响背景下水底目标回波盲分离

针对水下掩埋目标探测中目标回波信混比较低的问题,提出将混响视为一类信源的与目标回波盲分离方法,研究了目标回波与混响在时域统计特性、时频域以及时域波形上的可分离性与分离原则问题,解决了传统时频方法不适用于当混响与目标回波在时频域内混叠时的抑制混响问题。海上掩埋目标探测实验数据处理结果表明,经过时域二阶统计盲分离与时频域盲分离处理后,目标回波的信混比提高了约5 d B,在时频分布上可以更清楚的观察到目标几何亮点,从而提高对目标回波识别的准确性。     

水声通信中多普勒系数估计方法研究

本文针对水声通信中的多普勒效应,提出一种基于Notch滤波器的多普勒系数估计方法,该方法利用Notch滤波器对经过信道的窄带CW脉冲信号频率进行估计,进而得到多普勒系数,并与基于宽带信号的多普勒系数方法进行对比分析。通过计算机仿真基于CW脉冲频率估计与基于宽带信号的多普勒系数估计方法就估计性能进行了对比研究,详细地给出了两种方法各自的优缺点与适用场合。     

基于分数阶Fourier变换的水声通信多普勒系数估计技术研究

本文基于传统多普勒系数估计方法,提出一种基于分数阶Fourier变换的多普勒系数估计方法,该方法利用分数阶Fourier变换估计得到经过信道后LFM信号调频斜率的变化量值,进而得到多普勒系数的估计。通过计算机仿真研究验证了该方法的有效性与稳健性。     

基于声纳图像的水平集分割算法研究

针对现有的图像分割方法无法准确地分割声纳图像的问题,提出了一种改进的水平集声纳图像分割方法。介绍了LBF能量模型,借鉴其无重初始化的水平集演化思想。为克服声纳图像中复杂背景带来的负面效应,利用形态学顶帽—底帽变换对声纳图像进行预处理,并在此基础上进行无需初始化的水平集分割。进行仿真对比实验,实验结果显示:与LBF能量模型相比,改进的水平集分割方法更加适应于背景不均匀的声纳图像分割。     

两种OFDM多普勒估计算法在水声信道中的比较

为了消除多普勒频偏影响,通过水上实验对两种OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）水声通信多普勒估计算法进行对比。基于拷贝相关时延差估计的多普勒估计算法结构简单、易于实现;基于空载波的算法较复杂,但精度较高。利用两种方法对相同的实验数据进行多普勒估计和补偿,并对其通信误码率进行对比。研究结果表明,在慢变的信道中两者的误码率基本相同,但在快变的信道中基于空载波的算法更稳定。     

可刚性固定的同振圆柱型矢量水听器的设计

针对同振型矢量水听器使用弹簧悬挂不便的问题,提出一种采用圆环型橡胶弹簧作为悬置元件的新型可刚性固定式同振圆柱型矢量水听器的设计方案。该水听器可直接固定在水下平台用于测量水下声波质点加速度信号。推导了内置加速度计的该型水听器的声压灵敏度表达式。通过理论计算出橡胶弹簧的剪切刚度,并应用有限元软件ANSYS对剪切刚度进行了仿真分析并制作了水听器样机。在0.5~2.5 k Hz的频率范围内,对矢量水听器的声压灵敏度和指向性进行了测量。1 k Hz时,声压灵敏度为-188 d B。测量频带内,指向性凹点深度均大于20 d B。实验结果表明,此种结构的矢量水听器可以实现刚性固定的目的。     

AUV水声跳频通信调制解调器的设计与实现

在复杂时变水声通信环境中非相干FH-FSK调制解调技术是一种较为稳健、可靠的通信方式,适合于低速、高可靠的水声设备遥控等应用场合,如水面船遥控高速运动的水下智能机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)。但也面临着以下困难:1)高速运动带来的多普勒会严重恶化通信系统性能;2)为节省能耗,AUV依据通信需求可对通信单元进行经常性的上电与断电操作,导致异步单工工作模式下水面与水下通信节点之间很难协调工作。针对以上问题,提出了采用脉冲对技术进行可靠多普勒估计,并采用线性插值技术进行高效多普勒补偿;结合通信节点板载高精度时钟以及设计的声链路同步机制有效地解决了AUV和水面控制船之间的双向链路建立与数据传输工作。基于OMAP-L138双核处理器平台设计与实现了FH-FSK的水声调制解调器的样机,湖上实验结果表明提出的传输控制协议可保证通信节点之间的通信链路随机建立和断开,结果证明所设计的样机稳定、可靠。     

基于矢量传感器的海洋声场观测潜标系统

以三维矢量传感器为核心,构建海洋矢量声场观测潜标系统。潜标由定深锚固定,工作于指定海深,可完成海洋矢量声场信息的观测与存储。矢量传感器输出的矢量声信号,经前置预处理后采样,并以文件分配表（FAT）32文件格式存储于潜标微型快擦写存储卡（CF）中;矢量传感器水下姿态由潜标中三维地磁姿态仪实时给出。潜标集成USB传输模块,回收后可通过USB串口完成数据上传PC机。海试结果表明：潜标系统可正确记录海洋矢量声场信息,且可稳定水下工作90d以上。     

基于PCNN的声纳图像纹理特征提取

对声纳图像的纹理特性进行了研究,根据相同灰度值的空间分布具有唯一性这个特点,将其作为图像纹理的表征.利用脉冲耦合神经网络(PCNN)简化模型得到对应于不同灰度值的二值图像序列,计算序列中每幅图像的方差,使其转化为一维的特征矢量用于侧扫声纳图像的识别,取得了很高的识别率.随后大量的自然纹理图像样本对该算法加以验证.实验结果表明,该方法提取的图像特征具有旋转不变性,能够获得高识别率,适用于实时的声纳系统.