基于对数域同态滤波的时延估计算法研究

针对水声信道中窄带信号的多途时延估计问题,本文在对复倒谱时延估计方法进行研究的基础上,提出了一种基于对数域同态滤波的时延估计算法.结合复倒谱与同态滤波思想,将接收的窄带信号首先变换到对数域,然后与本地存储的信号进行谱减法,再对相减后的信号进行滤波以消除残余的信号与噪声成分,最后将其恢复到时域以获取多途时延估计.与传统的匹配滤波/相关处理以及复倒谱分析方法相比,本文算法具有时延估计精度高、噪声抑制能力较强等特点.仿真与湖试数据处理结果证明了该方法的有效性.     

利用声压场的浅海地声参数贝叶斯反演方法

针对浅海考虑弹性海底下的地声参数反演和对反演结果的不确定性分析问题,本文提出了一种基于贝叶斯理论的利用声压场信息的反演方法。首先通过快速场方法(FFM)计算声压场的理论预报值,其次根据贝叶斯理论基于似然函数建立实测声压场与理论声压场间的目标函数,最后依照Metropolis准则采样给出待反演参数的后验概率密度(PPD)作为反演结果。结果表明:依据本方法获得的反演结果与经典遗传算法(GA)寻优结果基本吻合;反演声压场与水池实测声场的相关系数达0.89;反演结果的不确定性表明与横波声速衰减、纵波声速衰减相比,弹性海底中的横波声速、纵波声速以及密度的不确定性更小。     

虚拟时间反转镜PDS水声通信双向均衡方案

虚拟时间反转镜（Virtual Time Reversal Mirror,VTRM）引导了空间聚焦和信道均衡,将其应用在Pattern时延差编码（Pattern Time Delay Shift Coding,PDS）水声通信体制,构成VTRM-PDS系统,可增强抗多途干扰的能力。但当通信节点间存在缓慢运动,即信道缓慢时变时,在一帧信号中,信道均衡的效果会随时间逐渐降低,产生失配现象。提出了双向均衡方案,在没有信道先验知识的前提下,通过前向和后向信道均衡,充分利用探测信号和信道信息,提高了信道均衡效果。湖试结果证明了该方案的优越性。     

二元阵被动时间反转镜定位技术研究

运用射线传播理论分析推导了二元被动时间反转镜定位技术的基本原理，得出了当模拟信道与实际信道建模误差不大时，时间反转镜实现了信道匹配、空间增益达到最大且实现了被动定位的结论；反之，信道匹配不好或不匹配，产生空间增益下降或没有空间增益的现象，影响到定位效果和定位精度．运用时间反转镜技术，进行了仿真信号和海试数据的分析处理，结果表明：该方法能实现目标被动定位，而且，对仿真数据处理的定位精度10km距离处达到数米以内，具有广阔的应用前景和研究价值．     

以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报

在深海中,环境参数不仅在深度上起伏变化,在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。对于深海声传播的预报,仍是一个值得进一步探讨的问题。简正波方法具有物理意义明确、但仅适用于水平方向环境参数不变的波导的特点,而抛物方程方法能够便捷地处理与深度、距离有关的声速、地形等环境,但其解缺乏清晰的物理意义。采用简正波解为抛物方程法的初始场,利用Ram随距离逐步递推的数值方法计算整个海域的声能量,计算存在涡旋等复杂海洋环境下的声传播特点。结果表明,该方法不仅可以计算各种环境条件下的各阶简正波的传播特点以及能量变化,而且便于深入地分析深海环境中各阶简正波的耦合特点与能量变化,计算效率大大提高且具有很高的准确性。可以作为浅海和深海中高、低频传播的通用模型。     

Research on the resolution in coherent sources using a MUSIC algorithm based on a dual vector-sensor array

研究了单矢量传感器多重信号分类(SV-MUSIC)算法对非相干源的分辨性能,推导了声源等功率情况下的信噪比分辨门限表达式.针对相干源的分辨问题,提出了一种基于空间平滑的二元矢量阵多重信号分类(DV-MUSIC)算法.仿真实验表明,SV-MUSIC算法对非相干源的分辨能力随着信噪比的增加而提高,在相应的判定准则下其结果与理论值基本吻合,而基于二元矢量传感器的DV-MUSIC算法能够实现相干源的分辨,其分辨性能曲线一定程度上类似于SV-MUSIC算法对非相干源的分辨性能曲线.     

基于差分正交频分复用的水下语音通信应用研究

将差分正交频分复用( OFDM) 水声通信技术与混合激励线性预测语音编码技术相结合,设计并实现差分OFDM 水下语音通信系统,使其能够有效地对抗多途干扰,并具有低峰均比、高传输速率等优点,从而能够满足水下语音通信的速率要求。使用不同编码效率的信道编码,对系统的抗干扰能力进行了仿真,得到对应的信噪比和误码率的关系曲线,指出了编码效率的损失可提高系统的鲁棒性。对不同码率卷积码下的差分OFDM 水下语音通信进行了湖试研究,并在1/3 码率卷积码下比对采用块状导频的OFDM 水下语音通信,给出了相应的合成语言效果,验证了系统的有效性和优越性;在不同通信距离上验证了系统的鲁棒性。     

基于峰值预滤波次级通道在线建模的主动噪声控制系统

传统白噪声激励在线建模主动噪声控制(ANC)系统,次级通道对激励源的响应在一定程度上会干扰控制滤波器的迭代,而且会增大系统收敛后的声场能量.针对这一问题,一种新的、用于窄带噪声抵消的在线建模ANC系统被提出:利用峰值滤波器对真实次级通道进行重构,新的传递函数能够不失真地重现待抵消噪声所在频段的次级通道频率响应,并对其它频段进行抑制.最后利用该系统对舰船辐射线谱噪声进行了主动控制计算机仿真试验.结果表明:该系统简化了次级通道的传递函数,减少了白噪声对控制滤波器的干扰,提高了系统性能,并降低了系统收敛后的声场残余能量.     

基于短时傅里叶变换的水声OFDM时间同步方法

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。由于多普勒频移和多径时延的存在,需对OFDM信号进行时间同步。同步不准会引起OFDM水声通信中符号间干扰和子载波间干扰,提出了一种基于叠加单频序列的短时傅里叶变换(STFT)时间同步方法,该方案首先提取叠加在OFDM符号上的单频信号,对该信号进行短时傅里叶变换,随后对其时频幅度谱进行分析,利用平坦区域确定同步时刻。仿真和试验结果表明,该方案有效可行。