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。     

多子阵双站合成孔径声纳成像算法

SAS测绘率是大面积海底测绘的一个重要指标,多子阵的方法已经在常规单站SAS的实际系统中取得了良好的效果。针对双站合成孔径声纳(双站SAS)测绘速率受空间降采样率限制的问题,该本文首先给出了发射站固定的双站SAS模型,分析了该模型双站SAS的测绘率。为了提高双站SAS的测绘率,本文中提出了发射站固定下的多子阵双站合成孔径声纳成像方法,并给出了严格的数学模型,形成了多子阵双站SAS系统设计方案,提高了系统的测绘率。文章最后给出了基于波束形成逐点算法多子阵双站SAS的成像仿真,仿真结果验证了方法的有效性。     

改进的多子阵双站合成孔径声纳成像算法

在常规单站SAS系统中,多子阵技术是提高测绘率的一个有效方法,针对发射站固定的双站SAS模型,多子阵技术同样可以用来解决测绘率与降空间采样率的矛盾,但是当"停-走-停"假设不再成立时,将引入相位误差项,降低双站SAS的成像质量,针对该问题在原有多子阵逐点成像算法的基础上,研究了发射站固定的双站SAS基阵运动引起的相位误差,提出了多子阵双站合成孔径声纳带相位补偿的逐点成像算法,在建立多子阵双站SAS数学模型的同时,形成了新的多子阵双站SAS系统方案设计。并给出了改进的波束形成逐点算法和仿真实验。改进的逐点算法并未改进运算量大小,新方法能够改善成像效果,仿真实验验证了该方法的有效性。多子阵双站合成孔径声纳成像的逐线算法有待进一步研究。     

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。     

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。     

双基地声呐接收站散射波低截获技术

双基地声呐的接收站因散射主动信号存在暴露的风险,对此提出了基于发射声屏蔽的双基地声呐低截获技术。发射站采用垂直发射阵,利用屏蔽权对原始信号进行预处理,获得的低截获信号在接收站处被自动抵消,从而降低接收站散射信号的能量。仿真结果表明,发射声屏蔽技术能有效增加接收站散射信号到达目标处的能量衰减,而对到达接收站处的待测目标散射信号则无较大影响。该方法突破了以往低截获技术只是改变信号能量时频域分布的局限(在信号处理层面),利用多途结构真实降低了被截获信号能量(在物理层面),并适用于多种信号形式。     

圆柱阵主动声纳混响抑制方法研究

圆柱阵主动声纳混响的强非均匀性,会降低空时自适应处理的性能。对圆柱阵主动声纳混响的空时二维分布特性以及混响数据的非均匀性进行分析,在此基础上研究了基于修正的角度-多普勒补偿(Modified Angle-Doppler Compensation,MADC)和导数更新技术(Derivative Based Updating,DBU)的降维自适应处理方法在圆柱阵声纳混响抑制中的应用。仿真结果表明:这两项技术可降低混响的非均匀程度,对运动中的圆柱阵主动声纳有较好的混响抑制效果,其性能更接近最优处理。     

一种多子阵合成孔径声纳CS成像算法

由于方位向采样不均匀,已有的频域算法如CS算法（ChirpScaling）等不能直接应用于多子阵合成孔径声纳成像．提出了一种可用于方位向不均匀采样多子阵合成孔径声纳的CS成像算法。此方法利用多子阵合成孔径声纳系统等间隔布阵和匀速直线运动的特点,将方位向不均匀采样的傅立叶变换分解为若干均匀采样的傅立叶变换,从而可以利用FFT提高计算效率。成像结果及分析表明,此方法可以很好应用于多子阵合成孔径声纳成像,并保持了标准CS算法快速高效的特点。     

基于遗传算法的神经网络被动声呐目标分类研究

被动声呐目标识别系统中目标分类器的设计和训练是一项重要内容，本文设计了目标分类器的神经网络结构，提出了一种用改进的遗传算法训练神经网络分类器的新方法，最后，对海上实录的Ａ，Ｂ，Ｃ三类目标噪声进行了分类识别，实验结果表明基于遗传算法的神经网络分类器比传统的基于ＢＰ算法的神经网络分类源泛化性能有明显提高。     

声呐渗流测量数据降噪的分类模型研究

渗漏造成的一系列安全隐患己严重威胁到地下隐蔽工程的建设与正常运行.为了研发新的渗流测量手段与技术方法,减少控制渗漏事故的发生,提出了一种基于梯度提升树的声呐渗流检测结果分类模型.模型利用ReliefF算法选取贡献权重大的特征作为训练数据集,利用属性标注的数据集训练出区分水库渗流、井孔渗流与噪声的梯度提升树模型.实验结果...     

基于CORDIC的成像声呐加权系数实时生成方法研究

针对线列阵成像声呐加权系数的预存储式生成方法,需要在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中调用Block Memory IP核预存所有加权系数进行波束形成,造成随机存储器(Random Access Memory,RAM)资源占用过多的问题,提出了一种基于CORDIC实时生成加权系数的改进方法。通过预存少量的波束角度值并利用乘法器和CORDIC IP核实时生成加权系数,该方法可降低77%的RAM资源;此外,通过上位机下发声速,可以实现动态加载不同声速下的加权系数进行波束形成,并且能够保持较高的运算效率。经过ISE布局布线,该方法有效地均衡了RAM资源与逻辑资源的占用率,节省FPGA成本,具有很好的工程应用价值。     

基于字典学习的主动声呐目标分类方法

主动声呐目标分类在军事和民用方面都有重要的应用和价值。文章基于稀疏表示理论,结合K-奇异值分解和正交匹配追踪算法,提出一种基于学习字典的稀疏表示分类方法（Dictionary Learning Sparse Representation Classification,DLSRC）。首先,利用K-奇异值分解算法训练各个类别目标回波信号,得到带有目标特征信息的类别字典,类别字典对信号具有良好表征能力并且带有目标类别信息;然后,利用正交匹配追踪算法和各个类别字典稀疏分解测试信号,得到各个类别字典下的稀疏系数后重构信号;最后,根据各个重构信号与测试信号的匹配度判定类别,得到分类准确率。结果显示,200个测试数据在信噪比分别为-5、-3、6 dB时,DLSRC法的分类准确率分别达到87%、89%、95.5%。不同信噪比下基于学习字典稀疏表示分类方法的准确率均高于已有的支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、K-最近邻（K-Nearest Neighbor,KNN）和柔性最大值分类器（SoftMax）等分类方法,具有较好的分类性能。     

基于跟踪起始准则的多基地声呐阵位优化算法

针对水下区域监视多基地声呐(如浮标等)发射、接收节点阵位布置问题,提出了一种基于跟踪起始准则的多基地声呐阵位优化算法.该算法首先在分布式和集中式两种多基地融合处理模式下,推导了目标跟踪起始概率计算准则,然后,基于区域目标成功跟踪起始覆盖率,建立了多基地声呐阵位优化数学模型,并采用粒子群算法来优化求解该非凸数学模型,从而...     

基于鸡群算法的近场声源三维定位MUSIC算法

针对三维多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）算法估计声源位置时计算速度慢,计算量大等缺点,提出了一种基于鸡群优化（Chicken Swarm Optimization,CSO）算法的近场声源三维定位算法。首先建立近场声源信号接收的数学模型,并选取三维MUSIC算法中的空间谱函数为文章算法中的适应度函数。通过不断迭代和局部搜索,以适应度值为指标对鸡群个体进行排序,最终得到最优鸡群个体的位置,即近场待测声源的坐标。仿真和实验结果表明：文中算法具有定位精度高、计算效率高、实时性好等优点,文中算法的平均用时仿真时为三维MUSIC算法平均用时的1.9%,实验时为三维MUSIC算法用时的3.2%。     

Micro-displacement measurement based on multiple self-mixing interference technology

Multiple self-mixing (MSM) interferometry, a high-precision and effective method for measuring micro-displacement, is proposed in this paper. First, a triangular wave is used to drive an electro-optic modulator for the phase modulation of MSM interference signals. Then, the five-step phase-shifting algorithm is used to demodulate the modulated MSM interference signals. Finally, the displacement curves of the vibrating target are reconstructed. MSM interferometry is used to measure the displacement of sinusoidal motion with a peak-to-peak value of 2000 nm and a frequency of 10 Hz. Simulation results show that the maximum reconstruction error of MSM interferometry is 0.074 nm. Experimental results show that the maximum reconstruction errors of MSM interferometry are less than 4 nm. Therefore, MSM interferometry satisfies the high precision required by displacement measurement systems.     

基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向估计方法

低信噪比下,针对宽带短脉冲情况下频域多重信号分类(MUSIC)中噪声子空间估计不稳定问题,提出一种基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向(DOA)估计方法。①对线列阵接收数据进行分组处理;②按搜索角度对各组数据进行相移预处理,并对各组数据预处理结果进行相加,得到一组新数据;③对线列阵接收数据在时域构建相移后的协方差矩阵,在更短数据长度下,稳定实现噪声子空间估计,并依据估计出的噪声子空间含有的正交特性,通过单位矩阵加法器得到相应空间谱估计值,实现波达方向估计。数值仿真和实测数据处理结果表明,相比频域MUSIC方法,该方法有效提高了线列阵接收数据协方差矩阵中信号含有量和信噪比,能够在更短数据长度情况下实现对噪声子空间的稳定估计,具有较好的稳定性和检测性能,提高了MUSIC方法在实际波达方向估计中的鲁棒性。