一种矢量拖曳阵拖船干扰抑制技术

0引言拖曳阵中的拖船干扰常常是限制目标观测范围和检测性能的重要因素之一。首先,拖船噪声时间起伏非常大,是一个非平稳随机过程,使得数据协方差矩阵特征值分散严重;其次在浅海环境下,由于声波的多途传播效应,使拖船辐射噪声的角度扩展非常严重[1-2],影响声纳在端射方向的有效观察范围;再次,拖船噪声是近程的空间相干声源。这     

声压传感器与振速传感器中心不一致带来的定向误差分析

声矢量传感器由声压传感器和质点振速传感器组成,可用在空间某点同步测量声场的声压和质点振速信息。但矢量传感器在实际制作时,可能存在声压传感器和质点振速传感器中心不一致的情况,即矢量声场的非共点测量。这会使得声压与振速通道之间的接收信号存在时延差,从而影响矢量传感器的定向性能。从理论上分析了时延差对平均声强法定向的影响,即降低了信号处理的信噪比及引入π相位的定向误差,并提出采用互相关声能流法进行定向。通过仿真分析了中心不一致、入射角度和信噪比等因素对不同类型的目标定向结果的影响,并验证和讨论了互相关声能流定向算法的有效性和适用性。     

基于单矢量水听器的水面目标运动分析

介绍了一种基于单个三维矢量水听器对水面目标进行跟踪定位和运动速度估计的简单方法。首先利用平均声能流法得到目标波达方向的极大似然估计;当矢量水听器深度已知,由目标波达方向的估计序列可得到目标空间位置和运动速度的估计序列。但随着信噪比的降低,目标定向性能随之下降,导致目标位置和速度的估计误差急剧增大。针对直线运动目标,提出利用线性最小二乘法进行目标轨迹拟合的改进算法。仿真结果表明,拟合算法大大提高了目标定位精度和运动速度估计精度,增强了基于单矢量水听器的水面目标运动分析的结果的可靠性。     

矢量水听器宽带多途信号仿真及俯仰角估计性能研究

以声线理论为基础,建立了发射波形已知的声场振速信号的有限差分数值计算模型。在保证精度的前提下,仿真宽带信号所需的计算量和运算时间都大大减少,可满足实时处理的需要。通过仿真分析了浅海环境下近、远场的多途信号的到达结构及其对矢量水听器俯仰角定向性能的影响。研究结果表明：多途相干信号给矢量水听器的俯仰角估计带来严重误差,应该寻求匹配场处理或者其它信号处理技术提取直达波以改善其性能;使用等声速剖面近似弱负梯度声速剖面,对声压信号和垂直振速信号时域波形影响较小,但对水平振速的时域波形影响很大。     

Pekeris波导中矢量水听器定向性能分析

推导并分析了Pekeris波导中单频点源在远场条件下的复声强。研究结果表明，在Pekeris波导中，每号筒正波模式对应的瞬时声强是2幅值相等、原点处相位差为兀的上下行平面波在介质空间中传播形成的瞬时能量分布；各号简正波的相互干涉作用使得水平方向上同时存在有功声强和无功声强；垂直方向上，各号筒正波自身存在声能流对消现象，但彼此的相互干涉作用导致有功声强不为零。单个三维矢量水听器在Pekeris波导中利用平均声强法无法确定辐射连续单频信号的点源俯仰角。最后通过声场计算程序进行仿真。     

基于Kriging替代模型的水声传播损失不确定性量化研究

针对传统水声传播模型在计算精度与效率上难以平衡的问题,本文提出了一种利用Kriging替代模型进行水声传播损失不确定性量化的快速计算方法。利用Kriging模型替代经典Kraken传播模型,缓解Kraken模型耗时的问题,以较高的效率和精度进行水声传播计算并得到相应的水声传播损失。在此基础上,进一步将Kriging替代模型与蒙特卡洛方法结合起来,对由多个环境变量引起的水声传播损失进行不确定性分析,得到传播损失的后验概率密度分布以及90%置信区间分布。试验结果表明所提方法可以快速有效量化水声传播损失的不确定性,为水声传播损失不确定性量化提供了一种新的思路和方法。     

基于单矢量水听器多途宽带信号的三维定位算法

针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰值分别包含两路径的波达方向信息,而其位置对应两路径之间的时延差。仿真结果表明:当直达波和反射波在时域上重叠时,利用两副峰峰值仍然能够有效估计出直达波波达方向;通过构造"互相关峰锐化函数"锐化两幅峰,在低信噪比情况下可提高多途时延估计精度。最后,以多途时延与直达波波达方向为变量建立方程组,估计目标的距离和深度。该算法的定位精度通过Monte-Carlo仿真进行了分析,并深入讨论了其适用性,湖试结果进一步验证了该算法的可行性。     

光纤水听器系统光纤传输噪声的自适应消除

传输光纤引入的偏振和相位调制噪声给光纤水听器远程传输系统带来严重影响.论文提出使用一个声压和加速度不灵敏的参考探头来获取传输光纤引入的公共噪声,并将该噪声进行自适应滤波处理来估计和消除传感探头中传输噪声的方案.实验结果表明,归一化最小均方误差(NLMS)自适应算法对冲击传输光纤引入的宽带偏振噪声抑制最大达20 dB;对传输光纤中大幅度的单频连续相位调制噪声抑制达20 dB;自适应滤波基本消除了传输噪声的影响,并且完整保留了传感探头中的仿真信号.实验同时证明,自适应噪声消除的结果优于直接将参考探头与传感探头信号相减的噪声抑制效果.     

一种平面阵定位的改进算法

对任意形状的平面传感器阵列.提出一种改进的目标定位算法以减小时延估计误差带来的定位误差.首先引入集合的概念建立子传感器面阵的定位模型,然后通过最小化测量误差对各子面阵的定位姑果进行加权平均.将该算法与加权最小二乘法和牛顿选代法进行Monte-Carlo仿真,比较三者的统计特性.仿真结果表明,当传感器个数有限时,改进后的算法在远、近场情况下均可有效降低目标定位的方差,增强定位系统的可靠性,最终提高目标的定位精度.     

压差式矢量水听器指向性分析

0引言矢量水听器在复杂的水下环境中有突出的优势,在实际应用中变得更加广泛[1]。压差式矢量水听器在低频段工作时有指向性好和灵敏度高等优点,相对于同阵型矢量水听器压差式矢量水听器不用考虑悬挂方式带来的影响。但是在压差式矢量水听器的设计和实际应用中都要考虑其尺寸、工作频段和指向性性能之间的关系。