基于小波能量特征的尾流光信号特征研究

针对舰船尾流激光探测的信号检测与分析问题,提出了利用小波域能量特征进行尾流特征分析的新方法。首先设计了变遗忘因子的自适应抵消器滤除水体后向散射信号与系统噪声,有效地选取了含有目标的信号;其次采用小波包分解方法并按频段的能量形成提取目标特征;最后借助主成分分析方法对特征向量进行降维。通过对试验数据的分析表明,提取的特征能有效地揭示不同性质下的尾流后向散射光信号,提高了对尾流分析的能力。     

光尾流探测系统回波信号的数值仿真

为了仿真光尾流探测系统参数对回波信号的影响,利用米氏散射理论计算了单个气泡的光散射特性,并求解了不同尾龄时刻舰船尾流截面的光学厚度。结合尾流探测的工程应用设计了探测系统的原理光路,并依据探测光路图采用数值方法,得到了具体探测参数下的尾流回波信号。仿真结果表明,探测系统参数的优劣对回波信号的影响至关重要,该研究可为光尾流系统的参数优化提供一定的理论参考。     

一种基于偏振特征的激光尾流探测方法

对激光经气泡、水体散射后偏振特征的变化进行理论分析,研究舰船尾流的几何模型和气泡分布规律,提出了一种基于偏振特征的激光尾流探测方法。利用偏振光探测优势对探测器进出入气泡尾流的舷别信息进行分析,对所提出的方法进行了可行性实验研究。实验结果表明：偏振光探测装置可有效地分辨尾流区和非尾流区的散射光回波信号;当激光通过不同尺度、不同密度气泡区域时,探测器接收到的回波信号亦不同,且信号特征有规律可循。该方法能初步对尾流的舷别信息进行甄别,为尾流自导鱼雷探测舰船尾流从而进行目标跟踪提供了依据。     

光检测尾流特征中抑制背景干扰的方法

依据鱼雷光检测尾流的背景干扰的主要来源及其特征，给出了有效抑制背景干扰的方法。理论和实验研究表明，采用以下方法，可有效抑制背景干扰：给光电探测系统加装窄带光谱滤波器，其透光的谱线宽度应恰好覆盖照明激光的辐射频谱，由于照明激光的谱线很窄，可有效抑制环境背景光的干扰；对于气泡的前向散射和后向散射，采用前向散射测量能较好地抑制水分子、水中固体悬浮颗粒的散射干扰；在测量气泡散射的各种物理量中，测量气泡的散射光空间频谱分布，通过高斯拟合，以散射光空间频谱分布的线宽表征气泡的空间分布，是一种有效的光检测尾流方法，并且可以进一步抑制与激光光谱重叠部分环境背景光的干扰。研究结果为光检测尾流的实际应用奠定了理论和实验基础。     

利用改进单分类支持向量机提升舰船尾流目标的检测准确率

舰船在航行过程中会在尾部产生一段包含大量气泡的湍流区域,通过对尾流的声学检测可以有效地跟踪船舶。基于一种改进单分类支持向量机（OCSVM）算法,利用无尾流情况下回波信号作为训练集的一个最优分类器,用于尾流回波信号模式判断。对回波信号进行降噪处理,进而提出一种自适应特征提取方法对回波信号进行处理;将特征提取作为输入,使用两层决策边界的双阈值OCSVM算法进行尾流检测。仿真结果表明,与常规OCSVM算法相比,改进算法在不同信噪比下的检测准确率均有提升,检测准确率最高可达96.27%,具有较好的工程应用价值。     

激光尾流制导后向散射信号的仿真

为研究激光尾流制导工作机理,对水下航行器全航程探测舰船气泡尾流过程中激光后向散射信号进行了建模仿真,建立了舰船尾流数据模型和尾流气泡后向激光散射模型,并在此基础上编制了光尾流制导信号仿真软件,通过调用蒙特卡洛仿真引擎和典型水面舰船尾流数据,计算获得了5种典型的美国海军主力作战舰艇尾流在各种仿真参数条件下的后向激光散射信号曲线,仿真结果展现了不同条件下激光散射信号特征,解决了光尾流制导试验过程中实际舰船尾流和海水环境等试验条件难以复制模拟等问题,为激光尾流制导技术提供了判别依据。     

光尾流自导中抗干扰技术研究

光尾流自导系统是一个光电复合系统，它利用含气泡尾流与纯净海水介质对光的散射与吸收的差异来实现对尾流的检测和跟踪。其干扰来自光学和电学两方面，主要包括光功率波动、水中的粒子散射、自然光及电路干扰等。该文分析了这几种干扰对系统的影响，并根据其各自的特点，分别采用自适应算法抑制光功率波动及水中粒子散射的干扰，采用加装滤光片和后续信号处理算法抑制自然光的干扰，采用电源滤波和覆地技术等减小电路的干扰，取得了良好的效果，提高了系统的稳定性。     

基于退偏效应的尾流激光探测与寻迹方法

利用不同尺度气泡与海水介质对激光散射后退偏状态的差异性进行尾流检测并实现尾流寻迹。仿效声尾流导引的模式,通过尾流中不同密度、尺寸气泡群与海水水体的分辨达到对尾流边缘区域的识别。试验结果表明,本文的方法能够有层次地分辨不同密度、尺度气泡散射体和海水介质的回波信号,并反映出气泡密度对散射光退偏效应的敏感性。试验结果具有一定的规律性,表明该方法可以实现探测器对进出尾流的甄别。     

基于波前编码的弹载相控阵探测器凝视高分辨成像

为实现前视高分辨成像,新型精确制导弹药需对其搭载的相控探测器成像算法进行研究。提出一种基于波前编码的凝视高分辨成像算法,结合自适应单脉冲响应曲线（MRC）实现前视高分辨探测。利用波前编码形成探测波束非平面波前,以增加瞬时回波信号中所携带目标区域强散射点的有效信息;同时自适应MRC技术为载弹提供方位向的高分辨测角能力,直接利用回波信号动态优化MRC使测角剖面聚焦,并对影响成像精度的因素进行了分析。仿真实验和外场试验结果表明：非平面波前成像误差最大值为2.4 m左右,实际回波信号进行成像处理时方位向与距离向的误差均小于2.5 m,满足载弹实际需求。     

非因果滤波器归一化最小均方误差对消算法

在利用外部辐射源的无源雷达中,强直达波和多径干扰会掩盖微弱的目标回波信号,严重影响目标的检测,因此提出基于数字非因果滤波器的归一化最小均方误差对消算法。该算法利用直达波相对于参考信号具有非因果系统响应的特点,在传统自适应对消技术的基础上,通过增加部分非因果的滤波网络实现了最小均方误差准则下的自适应杂波抑制。基于数字广播的仿真结果表明,本文提出的方法不仅能够有效消除直达波和多径干扰对检测目标回波的影响,同时还能够获得目标的方位信息。     

激光在气泡中的后向散射特性研究

从应用于尾流自导角度出发,在实验基础上提出了一种利用尾流中气泡对激光的后向散射光特性探测舰船的新方法。一般情况下,在不考虑水面波动的条件下能得到明显的气泡后向散射光信号;当有波浪存在时,后向散射光信号则不明显。对此本文提出了利用气泡的后向散射光接收信号与波动水面反射信号在频域的差异判别气泡存在的方法,计算表明,采用这种方法可以达到较好的判别效果。     

潜射线导鱼雷蛇形弹道设计及仿真研究

在线导鱼雷攻击过程中,当只有目标方位信息且目标舷角很小时不利于鱼雷捕获目标,为解决该问题,阐述了蛇形弹道搜索的概念,提出了2种线导鱼雷蛇形弹道搜索使用时机。建立蛇形弹道搜索控制模型,并进行了仿真验证。研究结果表明：采用线导加尾流自导蛇形弹道搜索在只有目标方位信息且小目标舷角情况下可以有效提高鱼雷捕获目标尾流的概率,为解决进入尾流舷别不确定给攻击带来的问题,又提出了利用尾流自导加声自导攻击目标的组合使用方法,该方法可保证鱼雷命中目标概率;采用线导加声自导蛇形弹道搜索在目标方位无效情况下可以有效扩大鱼雷机动范围,捕获目标概率要高于直航搜索捕获目标概率。     

一种基于快速傅里叶变换反鱼雷鱼雷主动声引信回波检测方法

为了实现反鱼雷鱼雷（ATT）声引信在强混响背景下对回波信号的检测,利用反鱼雷鱼雷主动声引信目标回波信号与混响噪声之间的特性差异,基于多普勒频移这一特征量设计了基于快速傅里叶变换（FFT）的回波信号检测方法。在降低了接收机设备量的同时,实现了-50～50 kHz的频率搜索范围。最后,通过蒙特卡罗方法仿真分析了接收系统工作特性。研究结果表明,基于FFT的反鱼雷鱼雷主动声引信检测系统可以实现对强混响背景下目标回波的检测。当信噪比高于3 dB时,在虚警概率Pf=10-4下,检测系统检测概率达到0.999 5以上。     

基于正反HFM信号的水下高速小目标处理算法与试验分析

针对水下高速小目标的特点,提出了基于宽带正反双曲调频（HFM）信号的水下高速小目标检测与参数估计快速算法,并完成了仿真。通过在信号发射端加入时间伸缩因子来模拟目标运动,实现了水下高速小目标检测与参数估计的动态试验。并采集了雷体的反射回波数据。设计的以TMS320C6701为核心的信号处理系统,通过本文提出的快速算法实现了低信噪比下雷体反射回波检测与参数估计。试验结果表明,基于正反HFM信号的快速处理算法及数字信号处理（DSP）系统能有效完成低信噪比下的高速目标回波的检测与参数估计,与仿真结果具有较好的一致性．     

声自导鱼雷空时自适应处理

介绍了全维和降维空时自适应处理（STAP）的基本原理,通过分析鱼雷工作环境、工作方式以及数据组织方式,讨论了采用STAP方法提高声自导鱼雷混响背景下目标检测性能的可能性,给出了关键步骤的解决方案和STAP抗混响的基本流程。分析结果表明,采用STAP进行混响抑制难度要大于对机载预警（AEW）雷达杂波的抑制,然而在实现上却是可能的。仿真结果表明,采用STAP方法能够获得比常规方法更好的检测性能。STAP方法能够充分利用声自导鱼雷混响空时分布特性,是一种有前途的抑制鱼雷混响的新方法。     

提高弹道准确性的尾流自导设计

为了提高鱼雷尾流导引弹道的准确性,该文对尾流自导设计中的3个关键问题进行了理论分析。首先,提出了一种累计比较法用以形成尾流检测标志,克服了尾流边缘随机变化导致的尾流检测标志不准确;其次,利用鱼雷进出尾流时刻的坐标值对尾流导引中的尾流走向和尾流宽度进行了计算,使鱼雷入尾流后尽可能的沿尾流走向航行,形成双波束导引,较传统方法计算更加简单有效;最后,介绍了尾流中断层对鱼雷弹道的影响以及克服鱼雷在尾流断层中错误导引的方法。分析结果表明,该方法可以有效提高弹道导引的准确性。