深海直达声区水下声源距离深度联合估计

深海直达声区声场存在明显的多途结构,可用于水下声源被动定位。本文根据一次南海实验获取的数据,研究基于双水听器接收信号互相关函数和单水听器接收信号自相关函数的水下声源距离深度联合估计方法。首先假设声源深度位于50m~300m之间,根据双水听器互相关函数提取直达波到达时间差估计水下声源距离,然后根据距离估计结果以及单水听器自相关函数提取的直达波与海面反射波时延差估计水下声源深度,最后计算声源深度估计结果的平均值再与双水听器互相关函数结合得到更为精确的距离估计结果。结果表明,采用此方法估计的水平距离相对误差在10.5%以内,声源深度相对误差小于13.3%。      

蛙人水下近程通信系统及发展展望

随着水下蛙人部队的受重视程度不断提高,蛙人水下近程通信系统的作用也日益凸显。首先分析了现有国外蛙人水下近程通信系统的产品现状、技术现状;其次基于水下蛙人部队的水下作战场景,进一步就浅海作战场景下研发蛙人水下近程通信系统面临的挑战和关键技术进行了详细讨论,针对水下移动过程中蛙人在浅海多途时变水声信道下的隐蔽通信、双工通信需求初步探讨了可能的技术路径;最后结合关键技术的讨论,对我国研发下一代蛙人水下近程通信系统提出了发展建议,为进一步研究蛙人水下近程通信系统提供了参考。     

基于EM算法的极大似然分布式量化估计融合新方法

该文针对水下目标探测中的多传感器分布式量化估计融合问题,建立了分布式量化估计融合模型,在考虑信道噪声且其统计特性不完全已知条件下,充分利用EM算法在观测数据缺失时参数估计的优越性,提出了一种基于期望极大化(EM)算法的极大似然分布式量化估计融合新方法。该方法将未知的水声信道噪声参数以及局部量化器量化概率建模为EM算法中二元高斯混合模型参数,利用极大似然估计方法的估计不变性得到目标参数的估计融合结果。仿真实验表明:该方法在局部传感器观测样本数目大于5000和信噪比大于6 dB时与已有理想信道条件下的估计方法性能相当,该方法为水下目标探测中分布式量化估计融合系统的工程实现提供了理论依据。     

基于生成MRF和局部统计特性的红外弱小目标检测算法

红外复杂背景中的弱小目标检测问题可看作是马尔可夫随机场理论框架下红外图像中背景与目标的二元分类标记问题.基于马尔可夫随机场后验概率模型, 提出利用先验的目标信杂比信息和图像局部统计特性构建观测图像后验概率模型的方法, 并采用经典ICM (Iterated conditional mode)方法对图像最优标记结果进行估计.仿真试验结果表明, 算法在保证目标标记结果准确率的同时, 有效降低了背景的误标记概率; 且由于采用局部统计特性进行建模, 算法有效降低了模型参数与标记结果间的关联性, 提高了最优标记估计的收敛速度.     

非直达波条件下的TDD高精度移动定位算法

本文基于单次散射双向移动信道模型及信道参数联合估计,利用单基站测得的多条散射路径的到达时延、到达方向和离波方向进行定位,提出了一种非直达波条件下的TDD高精度移动定位算法.随后分析了其定位误差的分布特性.仿真结果验证了非直达波条件下该算法的有效性.     

基于DCT与维纳滤波的单通道语音增强算法

针对复杂噪声背景下的语音增强问题,基于离散余弦变换(DCT)和维纳滤波提出了一种新的单通道语音增强算法。该算法不依赖任何语音信号模型且无需对噪声的统计特性进行先验假定,它利用DCT域中连续时刻语音信号分量间的相关特性结合最小均方误差算法实现纯净语音分量的最优估计,弥补了一般算法仅依赖单帧带噪语音对语音分量估计得不足。多种噪声背景下的仿真结果表明,该算法在主观和客观测试中都具有良好的语音增强效果。     

基于帧间相关性的最大后验估计语音增强算法

通过讨论纯净语音分量的概率分布特征以及相邻分量间的统计相关特性,在自适应K-L变换(KLT,Karhunen-Loève Transform)域给出了一种新的语音信号统计模型,然后基于该信号模型,利用最大后验(MAP,Maximum a Posterior)估计理论提出了一种新型的单通道语音增强算法.该算法充分考虑到在KLT域相邻时刻语音分量间存在的相关信息,利用信号的高斯模型假设条件,以联合概率密度函数的形式将这种相关信息融合到MAP中,获得纯净语音分量的估计.算法不仅结构简单利于实现,且有效地避免了传统算法对语音分量估计的不足.仿真结果表明本文算法在客观和主观测试中都具有较好的语音增强效果.     

基于改进CMA+MMA的直达波脉冲复包络估计技术

直达波参考信号在传输过程中经常会受到噪声、地杂波和多路径干扰的影响,造成信号失真,从而对非合作双基地雷达的性能产生影响.为了恢复脉冲制非合作双基地雷达中的直达波参考信号,考虑采用盲均衡技术重构直达波参考信号.针对直达波信号脉冲持续期间模值恒定、脉冲间歇期内模值为零的包络特性,讨论了盲均衡算法中的恒模算法(CMA)和多模算法(MMA)的特点及其应用条件,在此基础上提出了改进的CMA+MMA算法,仿真结果表明改进的CMA+MMA算法比CMA算法均衡后的互相关函数尖峰更窄,能进一步提高CMA算法对直达波脉冲的均衡性能.     

基于GPS M码相关特性的捕获算法研究

为解决M码捕获中存在的峰值模糊、信噪比损失、相关峰尖锐度降低等问题,研究M码相关特性,优化组合相关函数,在比较三种优化方案的基础上,提出联合捕获算法。仿真结果证明,该算法能够较好地将M码相关多峰转换为单峰,实现稳健捕获。与传统边带处理捕获算法相比,处理过程中无信噪比损失,更适合在低信噪比条件下使用;相关峰尖锐度更高,可提高检测概率5％-10％。     

基于Matlab/Simulink的水下目标辐射噪声仿真

通过分析水下目标辐射噪声的来源及各噪声源的谱特性,提出了用连续谱噪声叠加线谱噪声仿真水下目标辐射噪声的方法.根据水下目标辐射噪声的连续谱和线谱的功率谱特征,先后建立了连续谱和线谱模型.连续谱是由高斯白噪声先后通过低通滤波器和LMS(Least Mean Square)自适应FIR滤波器处理后得到;线谱可通过叠加一组谐波分量获得.在Matlab/Simulink环境下仿真水下目标辐射噪声模型.仿真结果表明,该方法能够较为真实地仿真水下目标辐射噪声,且具有较强的灵活性和实用性.     

采用单水听器的匀速圆弧运动直升机三维参数估计算法

针对空中匀速圆弧运动目标激发的水下声信号,该文采用单水听器解决该动目标3维运动参数的估计问题。首先以直升机离散线谱为声源特征,在空气-水介质中建立声源线谱特征在匀速圆弧运动下3维多普勒传播模型。然后根据多普勒频移曲线、声源运动模型以及声线传播几何关系,选取3个时间观测点计算目标多普勒频移,推导了单水听器估计空中匀速圆弧运动声源的3维参数估计算法。最后,通过仿真单水听器所接收的水声信号,验证了该算法估计匀速圆弧运动声源飞行参数的有效性和精度。     

激光多普勒振动计用于水下声光通信

介绍了激光多普勒振动计(LDV)用于水下声光通信的应用背景,阐述了激光多普勒振动计的工作原理和两种相干检测方式。采用零差的相干探测方式,设计并实现了一套光纤结构的激光多普勒振动计。为了证明系统能够应用于水下声光通信,进行了对水下声源发出的声波频率和强度的探测实验。通过对实验数据的分析得出:第一,系统能够检测出水下声源发出的声波频率,对7kHz附近的10个声波频率的测量标准偏差小于8Hz;第二,系统探测信号强度与水下声源发声的声压级成指数关系,对于水下目标通信所用的3.5kHz和7kHz声波频段的最小探测能力分别达到146.2dB和150.8dB声压级。     

激光空中探测水下目标的新方法研究

为了实现在空中利用激光技术对水下目标进行探测的目的,基于迈克尔逊干涉仪的基本原理,提出了一种从水面散射激光中获取水下声源信息的新方法。设计并实现了一套空中探测水下声信号的实验装置。实验结果表明：频谱分析图中的峰值频率即为水下声源的发声频率,系统能够实时探测发声频率在1 kHz～14 kHz的水下声源,且测量标准偏差小于7 Hz。该方法为航空遥感水下目标提供了一条新的技术途径。     

用于高空间分辨率头相关传输函数测量的声源

设计制作了外形为椭球形的小型扬声器系统（声源）。该声源的等效直径约0．047m,当声源距离不小于1．0m时能满足较高的声源空间分辨率;频率响应范围为400Hz～20kHz;额定功率下1．0m处的辐射声压级达到76dB;在声源辐射正向±30。的区域内基本满足无指向性,且其指向特性与刚球表面局部圆形脉动声源模型的理论计算值基本吻合。因此。该扬声器系统的各项参数和技术指标均适合于高空间分辨率头相关传输函数的测量。     

脉冲CO2激光水下致声声脉冲特性的实验研究

以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信号幅度随脉冲能量增加而增大。实验中首次发现,激光声频率在100kHz以内有31kHz和62kHz两个峰值,且该两频率峰值随激光脉冲宽度增加而减小。光声信号的以上特性表明,可以通过调节激光脉冲的能量和宽度,选择或控制应用于水声通信、水下资源探测等技术的光声信号。     

基于多途模型匹配的浅海噪声源聚焦定位方法

 本文在建立符合水声相干多途信道特点的阵列信号模型的基础上,提出了基于多途模型匹配的浅海噪声源聚焦定位方法.该方法在本质上利用了基于模型和数据匹配的相干处理思想,充分利用了多途信道信息,生成与实际声传播特性相匹配的空间聚焦导向矢量,从而有效克服了多途效应的影响,提高了定位精度.进而结合基于最差性能优化的稳健聚焦处理器设计方法,对空间聚焦导向矢量实施约束,并划归为具有单一非线性约束的二次最小化问题,求解最优权矢量,修正得到新的空间谱形式.通过对空间谱、定位误差、-3dB波束宽度及主峰与最大旁瓣比性能进行对比分析,讨论了约束参数选取与失配误差程度之间的关系,并证明了新算法在存在失配误差的情况下,可有效提高MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)高分辨算法的稳健性,保持较尖锐的谱峰及较强的背景起伏抑制能力.     

基于MPI＋OpenMP混合编程模型的水声传播并行算法

声波是目前唯一能够在海水介质中进行远距离传播的有效载体,因此水下声传播成为海洋声学研究的主要内容之一,对现代声纳的设计和使用具有重要意义.宽带声传播、浅海地声反演、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何充分利用声传播模型和现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向.针对曙光TC4000L高性能机群系统计算节点多核处理器的组成特点,采用MPI＋OpenMP并行混合编程模型实现了射线-简正波-抛物方程模型并行算法.测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率.     

环境压强对激光空泡声波特性影响的实验研究

环境压强是影响空泡脉动的一个重要因素.为了研究环境压强对激光空泡声波特性的影响,采用理想液体中单空泡运动的理论模型,对不同环境压强下液体中空泡运动过程进行了数值模拟,并通过充气泵精确调节高压水箱内的气压,采用高速照相机、高频测量水听器,得到了在不同压强条件下,空泡脉动特性的序列图像和声谱图,根据实验数据研究了不同环境压强下液体中激光诱导产生的空泡脉动规律与声波特性.结果表明:环境压强的改变影响了空泡生存周期和脉动的剧烈程度,但对声波的强度和声谱分布没有影响.辐射的频率集中在0~50 kHz 范围内,所辐射的声波能量主要集中在0~20 kHz 频段范围,并在2 kHz 与8 kHz 有两个明显的频率峰值.     

一种改进的谱峰跟踪运动补偿算法

针对步进频率信号成像过程中存在的多普勒敏感特性,介绍了常用的谱峰跟踪运动补偿法,在分析传统算法局限性的基础上,对其进行改进,将搜索到各距离像的谱峰间的距离与门限进行比较,以判断是否存在搜索有误或距离像折叠的情况。Monte-Carlo仿真实验表明,改进后的算法具有测速精度高,抗噪能力强,受距离像折叠的影响较小等优点。