水声对抗仿真系统中的被动声纳仿真

针对水声对抗训练是提高海军战斗能力的重要手段.水声对抗中各种设备功能的实现都是声纳的探测基础.传统的声纳仿真研究侧重于信号、信道的仿真,对计算机硬件要求非常高,而且在分布式仿真中需要进行大量的数据交互,会严重影响系统的实时性.为改变现状,采用被动声纳方程为基础,总结出被动声纳方程各项参数的计算方法,得出一种在战术层次对被动声纳建模仿真的方法,在减小网络负载的前提下,合理地反映出各种环境参数对声纳探测范围的影响,方法可以应用于海军舰潜机间战术演练的水声对抗系统中.     

被动声纳作用距离预报的仿真研究

研究了被动声呐探测距离预报的仿真技术.声呐最大作用距离受水文条件的影响是很大的,比如声速梯度、海况、海底底质等.首先分析海洋声学环境,提出一种计算声传播损失的模型,给出了它的原理及算法,然后以声纳方程为基础,利用优质因素值建立声纳作用距离探测的预报模型,并用VC完成该仿真软件的开发.最后针对目标辐射声源级、声速分布等不同的影响因素进行仿真,并给出仿真结果,为声纳的作用距离预报提供了有价值的参考.     

深海声速剖面对吊放声纳探测距离的影响研究

关于深海环境下声纳目标探测优化问题,针对传统吊放声纳的下放深度比较粗略,一般是在声道轴处上下一定的范围,并考虑目标可能的深度。简单地确定声纳探测深度,会严重减小声纳的有效搜索距离和搜索范围。利用射线模型仿真研究了深海中不同的声速剖面对吊放声纳探测距离的影响。通过分析深海不同声速剖面中的声传播特性,并对声纳、水声环境以及目标的模型化计算,利用射线模型仿真了几种不同声速剖面情况下吊放声纳的主动作用距离,最后分析了吊放声纳入水深度对深海目标主动作用距离的影响。仿真结果表明,改进方法可找到最佳的探测深度,并能够发挥声纳对目标探测性能,得到对不同环境下目标的最好探测。     

被动声纳目标/背景建模与仿真

该文通过对舰船辐射噪声水声特性的分析，建立了舰船低频辐射噪声连续谱和线谱的数学模型，让迭加有线谱信号的白噪声通过一个有限冲激响应（FIR）数字滤波器，即可得到期望的目标舰船辐射噪声信号。该模型和海洋传播损失模型以及海洋环境噪声模型一起用于仿真被动声纳系统的接收信号。通过对仿真输出信号的处理和分析，给出了声场谱图，结果表明该方法能很好地再现被动声纳目标舰船辐射噪声的典型声学特征。该方法也可用于半实物仿真、系统测试以及水中兵器仿真等。     

基于被动声纳浮标投放法的水下目标跟踪

针对航空反潜中使用空投被动声纳浮标对潜艇进行跟踪的问题,利用双曲线交汇法定位,研究被动浮标对水下目标进行连续跟踪的方法,建立相应数学模型。仿真结果证明了该方法的可行性,得到目标的航速、航向、运动状态变化间隔、声纳浮标位置等因素变化与跟踪所需声纳浮标数量的关系。     

面向水声对抗的宽带被动声纳信号仿真平台

水声对抗仿真系统中的声纳仿真台必须具备信号级仿真的能力,才能显示水声对抗的实际效果,针对平台声纳的水声对抗问题研究.为增加真实感和识别有效目标,设计并实现了一个宽带被动声纳信号仿真平台,通过信号产生、常规波束形成、波束功率积分和方位历程显示四个模块解决水声对抗的信号级仿真问题.信号产生模块根据水声对抗器材、水中目标的辐射噪声特征生成声源信号,并通过时延的信号合成,产生被动声纳各路水听器的接收信号;常规波束形成、波束功率积分和方位历程显示模块实现宽带被动声纳的信号处理及输出显示.仿真结果表明,平台实现了水声对抗的信号级仿真,能够支持水声对抗对宽带被动声纳干扰效果的研究,并具有良好的灵活性.     

电子侦察卫星信息获取及处理建模与仿真

电子侦察卫星是空间对地目标侦察的主要力量,可对地面雷达和通信信号进行侦测和定位.文章分析了电子侦察卫星的有效载荷雷达信号接收机侦察性能,利用随机理论、航天动力学原理和模糊匹配方法,建立了三类模型:信息源模型、信息获取模型和信息处理模型,用来进行雷达目标的产生、卫星的星下点、覆盖带计算、点的包含性检验、目标定位和目标类型判断.结合目标特性和电子侦察卫星侦察原理,设计了仿真流程,并对仿真结果进行了分析,针对其被动侦察的特性,给出了基本的对抗策略.     

基于方位与时延信息融合的被动声纳航迹关联

在探测区域存在多个目标的情况下,水声岸站被动测向定位系统必须首先解决多目标的航迹关联问题,即确定各个传感器所测量的信息哪些是来源于同一目标的.通过融合被动声纳所测量到的方位和时延信息提出了一种方位最近邻关联方法,对该方法和传统的多维分配算法进行仿真表明该方法能获得很高的正确关联概率,同时该方法克服了传统的多维分配算法在传感器和目标数量较多时计算量过大的问题,是一种优于多维分配算法的水声被动多传感器多目标航迹关联方法,这说明利用信息融合手段解决水声领域航迹关联问题具有潜在的优势.     

基于调制连续谱特征提取的被动声纳目标识别技术研究

目标噪声特征提取和目标分类器设计是被动声纳目标识别系统的关键技术.本文针对被动声纳目标识别,提出了一种新的调制连续谱特征提取方法.此外,为训练神经网络目标分类器,本文将遗传算法和BP算法相结合,提出了一种新的自适应遗传BP算法.最后,对海上实录的三类目标噪声进行了分类识别,实验结果表明本文设计的被动声纳目标识别系统具有很好的分类效果.     

一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法

基于目标空间域的稀疏性和聚焦波束形成的机理,提出了一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法.首先,按照先方向后距离的方法对整个搜索空间进行网格划分;其次,根据球面波传播的均匀线列阵声纳接收数据模型,针对空间每个搜索方向按均匀距离间隔构造了每个方向上完备的阵列流形,并将其作为对应方向上压缩感知的感知矩阵,结合压缩感知理论数学模型,构建了对应方向上水下目标信号估计的凸优化模型;再次,采用基追踪算法对凸优化模型进行求解,计算出每个搜索方向、距离上目标信号的能量;最后,通过搜索整个空间的信号能量峰值,实现了水下目标被动测向与测距.仿真分析表明,该方法在距离估计上具有较高的聚焦性,可有效解决传统聚焦波束形成技术距离分辨率低的问题,能够实现对水下多个互不相干窄带目标信号的被动测向和测距.     

基于CVI+FPGA的声纳目标回波模拟器研制

在对声纳目标回波模拟器的数学模型、目标回波模型和混响模型研究的基础上，研制了一种基于CVI+FPGA的声纳目标回波模拟器，该模拟器能够产生主/被动声纳测试、定检所需的主/被动声纳回波信号。目标回波信号包括主动声纳、目标发射噪声、海杂波等信号，并以声信号的形式输出。通过性能测试及与实际声纳系统联试，证明该模拟器达到了设计功能和性能指标要求，介绍了声纳目标回波模拟器的数学模型、系统硬件和软件的实现方法。     

舰机协同下多基地声纳阵应召搜潜效能研究

针对传统单基地声纳搜潜难以满足反潜作战要求的问题,提出了一种拖曳声纳与反潜直升机布放浮标阵联合起来形成多基地声纳搜潜的方法。结合舰机实际运动特点,建立舰艇运动模型与直升机布放圆形、方形、三角形被动浮标阵模型。采用Monte Carlo方法,对搜潜概率进行仿真,比较多基地与非多基地声纳的搜潜概率,并分析不同的初始条件对搜潜概率的影响。仿真结果表明,多基地声纳搜潜概率高于非多基地声纳,圆形多基地阵搜潜效能相对最佳,三种阵型的搜潜概率随着初始距离、初始位置分布、航速均值的增大而减小,并能针对不同搜潜要求与实际作战条件选择合适的布放半径和被动浮标布放个数。提出的方法适用于一定距离范围内的应召搜潜,对反潜作战具有一定的军事意义。     

Automatic mine detection by textural analysis of COTS sidescan sonar imagery

Sidescan sonar imagery of the sea floor is difficult to interpret visually, and classification techniques are now increasingly used to supplement the interpreter with reliable, quantitative results. Active high-resolution sonar has been shown to be the only sensor able to detect man-made objects and, in particular, mine-like objects on the sea bottom with a high probability of detection and an acceptably low false-alarm rate and a high area coverage rate. The actual distinction between the image of a mine and an object that physically resembles a mine is very complex, however, and relies on the recognition of subtle differences in shapes and textures. This study aimed to combine two different advances in sidescan sonar applications. Recent trials at sea have demonstrated that the latest generation of commercial off-the-shelf sidescan sonars was able to image mine types, even stealthy mines with low acoustic signatures. Concurrently, a method of advanced image analysis has been developed, based on the quantification and recognition of acoustic textures. This method has been extensively calibrated and ground-truthed in complex terrains, and the results presented here show that it can be applied successfully to the detection of mines.     

声纳目标模拟系统设计与仿真

为快捷检测声纳系统工作状态.在分析水下目标回波特性的基础上,以十字阵为例推导了水下目标运动轨迹公式、回波仿真模型及噪声仿真方法.在VC++环境下开发卢纳目标模拟系统的仿真软件.通过与声纳系统的联词,给出仿真数据与实测数据的对比结果,数据误差在声纳系统允许范围之内.试验结果验证了设计方法的有效性.     

A spatial sampling criterion for sonar obstacle detection

A spatial sampling criterion for sonar systems that allows all obstacles within a given radius from the sensor to be detected is described. The environment considered is a two-dimensional floor plan that is extended into the third dimension, in which the scanning is performed in the horizontal plane. In this environment, edgelike reflectors, such as edges of doors or doorways, and oblique surfaces are the most difficult to detect. By considering the physics of sound propagation, the sonar scanning density required to detect these objects is determined. An experimental verification is included. The limitations of detecting objects with sonar in a more general environment are discussed. These results can be used to determine the necessary spacing in a transducer ring array and the maximum step size that a mobile robot can translate without danger of collision     

三维成像声纳图像后处理与可视化

针对基于线阵合成孔径技术的三维成像声纳缺乏有效后处理与可视化方法的问题,提出一个适用于三维成像声纳图像后处理与可视化方案。鉴于水体和地层2种介质具有不同的声学特性,使用组合算法分离水体和地层数据,利用基于边缘梯度均值约束的三维自适应区域生长算法分别对水底和地层目标进行检测,融合水体和地层数据,采用光线投射法进行三维实验数据的可视化。湖试和近海海试结果表明,该方案能够适应声成像中水体与地层的不同特点,有效检测目标,提高声纳图像的表现能力。     

基于时间序列的自适应加权被动定位

现代海战场电磁环境日益复杂,利用卡尔曼滤波进行纯方位跟踪定位具有很强的隐蔽性,但多传感器固定权值融合算法在复杂的海战环境下有一定的缺陷。该文针对纯方位定位数据融合特点,运用时间序列估计传感器方差实现传感器权值的在线调整,仿真结果表明该算法较固定权值跟踪精度有明显提高,对提高纯方位目标定位的实用性及适应性有一定的意义。     

Concurrent remote sensing of Arctic sea ice from submarine and aircraft

Abstract

In May 1987 a concurrent remote sensing study of Arctic sea ice from above and below was carried out. A submarine equipped with sidescan and upward looking sonar collaborated with two remote sensing aircraft equipped with passive microwave, synthetic aperture radar (SAR), a laser profilometer and an infrared radiometer. By careful registration of the three tracks it has been possible to find relationships between ice type, ice morphology and thickness, SAR backscatter and microwave brightness temperatures. The key to the process has been the sidescan sonar's ability to identify ice type through differences in characteristic topography. Over a heavily ridged area of mainly multiyear ice there is a strong positive correlation between SAR backscatter and ice draft or elevation. We also found that passive and active microwave complement each other in that SAR has a high contrast between open water and multiyear ice, while passive microwave has a high contrast between open water and first-year ice.     

一种V型阵列的二维波达方向估计的新方法

波达方向估计是阵列信号处理的一个重要研究方向,在雷达、通信、声纳、地震勘测等领域都有着广泛的应用前景.它已成为阵列无源探测和智能天线中的关键技术.针对二维信号,本文研究一种基于V型阵二维波达方向估计的新算法.该算法根据阵列结构的特点形成多个需要的相关矩阵,构造一个特殊大矩阵并经特征分解获得信号子空间的估计,最后利用2D-ESPRIT方法实现二维角度估计,可以解决β角兼并信号的波达方向估计问题,无需谱峰搜索且信号参数自动配对.最后用计算机仿真验证了该算法的有效性.