浅海波导中时间反转处理增强信混比能力的仿真分析

针对典型的浅海波导环境,通过计算机仿真研究了目标位于波导中间深度条件下时间反转处理增强信混比的能力以及目标深度的变化对信混比增强能力的影响。对时间反转处理和一般均匀传输产生的目标回波和海底混响强度进行了定量比较。结果表明,在仿真条件下,目标位于波导中间深度时,与一般的均匀传输相比,时间反转处理获得的目标照射强度高10dB～15dB,而相应的海底混响却低了10dB左右,这验证了时间反转处理有效增强信混比的能力,而目标靠近海面或海底时,时间反转处理的海底混响抑制能力有所减弱,当目标位于海底时,由于时间反转聚焦,该距离上将出现一个海底混响峰值。     

浅海波导远程信混比预报模型

浅海主动探测时,海底混响是目标回波的主要背景干扰,信混比影响主动声纳的性能.混响和目标回波都属于海洋中的散射问题,利用简正波方法,结合平面波散射函数建立了浅海远程信混比预报模型,实现了不同环境参数下信混比的量化分析.仿真比较了不同信号形式、频率以及不同海底底质下的刚性球信混比曲线,从理论上分析了回波随距离的振荡现象.结果表明：用无指向性的声源探测目标时,信混比较低,探测较为困难;宽带信号照射下目标回波更加平稳;简正波之间的干涉导致回波随距离发生振荡,频率越高,干涉结构越复杂;在硬海底环境中信混比相对较小且目标回波振荡剧烈.     

浅海波导中水平时反线列阵布放深度选择研究

以浅海声传播模型为基础,通过计算机仿真分别在理想等声速的Pekeris波导中和接近实际的仿真典型浅海分层波导中观察到以下现象:在理想等声速的Pekeris波导中,由布放在探测声源深度或者其对称深度位置附近的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大;在仿真浅海波导中,只有布放在探测声源深度上的水平线列阵时反后在探测声源处得到的聚焦强度最大。利用简正波建模从声源产生的声场在不同深度上的分布情况出发解释了以上现象的物理机理。由此可以得出结论:与探测声源同深度布放的水平线列阵时反后可以得到最佳的聚焦性能。     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

主动时间反转聚焦技术

时间反转（时反）是声互易性原理的应用之一，它可以使能量在空间和时间上得到聚焦，通过这种聚焦可得到声源位置并实现声源信号的重构。将此技术应用到主动探测中，特别是对于海底小目标的检测与识别中，将目标看作是二次辐射声源，利用时反技术使能量在目标处聚焦，由此检测到目标。     

非高斯混响背景下一种自适应CFAR检测器的研究

在浅海波导中混响是主动声纳系统的主要干扰,为了抑制混响,通常采用宽带发射信号和大孔径发射、接收阵。这两种方法都减小了混响的分辨单元．因此经波束形成和匹配滤波后提高了信混比。然而这也带来了负面影响,即分辨单元内混响包络的分布偏离了传统假设的瑞利分布,出现了高尾的非瑞利分布,导致匹配滤波器虚警概率提高。为了得到恒虚警检测器,需要对混响进行更精确的建模。通过理论和实际数据分析表明,利用多变量椭圆轮廓分布可以很好的建模浅海混响的统计特性。在混响建模为多变量椭圆轮廓分布模型的基础上,利用GLRT理论可以得到一种自适应CFAR检测器,通过实验数据分析,自适应CFAR检测器较之常规匹配滤波器,其信混比（SRR）可提高3dB。     

浅海混响实验数据垂直指向性简正波建模分析

混响是限制主动声纳性能的主要因素之一。人们利用接收阵的指向性来提高信号／混响比。垂直指向性可用于抑制边界混响。本文利用浅海简正波混响模型进行建模分析,通过仿真计算,研究了海底类型、海深、声速梯度对海底混响的影响。仿真结果表明：海底类型对混响影响最为严重;利用实测的平均声速建模的Pekeris信道的预测海底混响与利用实测SSP的预测海底混响相差很小;海深越深,海底混响越小,海深对海底混响的影响介于上述两种因素之间。在仿真分析的基础上,论文主要进行了浅海混响实验数据垂直指向性的建模分析。对东中国海60元垂直阵采集的混响数据进行了波束形成,并对单个水听器和部分波束的混响曲线与浅海混响模型预测数据进行了比较。经初步分析表明,实验数据与模型吻合得较好。     

矢量水听器在时反OFDM水声通信中的应用研究

分析了波导矢量场特性,发现声压和质点振速垂直分量的相关性较低,因此在阵元数量相同的情况下,矢量水听器阵比标量水听器阵能得到更大的空间分集增益。通过计算机仿真和真实试验,验证了OFDM通信系统中,在相同通信性能条件下,基于矢量阵的时反处理方法能减少接收阵的空间尺寸要求,适用于小尺寸平台的水声通信。     

浅海波导中垂直时反线阵聚焦研究

在浅海波导中,垂直阵可以跨越整个波导,并能对大多数简正波模态进行精确采样.在给定声源及海洋环境信息的条件下,通过MOATL简正波模型仿真计算出到达垂直时反阵位置处的波形,即垂直时反阵的接收信号,将接收信号时间上取反,通过以KRAKEN简正波模型计算得出的返回声信道,在声源处取得了较好的聚焦效果.并分析了垂直阵基元数、基...     

主动声纳中目标回波的一种非线性提取方法

介绍了一种混沌时间序列的非线性动力学降噪方法——变尺度概率净化法,并将之优化应用于混响背景下目标回波的提取。该方法以近似条件下不含目标回波的混响数据作为参考,使目标回波分离后的混响背景数据与参考混响数据在相空间上具有一致的概率分布,从而实现目标回波的提取。在信混比不低于6dB的情况下,该方法具有较好的目标回波提取效果。文中对算法作了一些改进,降低了算法的运算量和运行所需计算机内存,而降噪性能并没有下降。     

时间反转镜DOA-AT成像算法

超声成像中广泛应用的DOA算法容易受到介质的不均匀性和多途效应的影响,纵坐标分辨率较差。在时间反转法理论的基础上,提出在随机媒质中采用时间反转镜超声成像的DOA-AT新算法。新算法通过对散射中接收信号的到达时间和响应矩阵频域奇异值进行分解,将时域内目标函数DOA估计与到达时间估计结合起来,使成像目标的纵坐标估计得到明显改善,对目标检测能力增强。     

基于时-空离散化的海底混响时间序列仿真方法

以海底混响为研究对象,提出了一种混响仿真时通过时空离散化处理降低计算量的方法.以混响的点散射模型为基础,海底混响认为是海底散射体对发射信号的响应,用线性网络对其进行描述,得到冲击响应函数.通过对冲击响应函数时间离散射化处理,相应的对海底进行空间区域划分,进而把散射体散射信号叠加时的叠加总数转化为时间域离散化之后的时间段...     

改进的被动时间反转阵处理水下通信

时间反转技术由于不受环境制约,能自适应实现信道多途压缩和对指定点的空间聚焦,降低多用户通信过程中的码间干扰和同道干扰,广泛应用在水声通信领域。利用垂直阵加权处理的方法,在被动时间反转的基础上增加了一抵消项,抑制其中一个用户在接收阵的接收幅度以达到对另一用户指定通信的目的。模拟仿真显示该方法比单独只用被动时间反转处理,误码率能降低一半。海上试验数据处理结果与模拟仿真基本一致。     

基于K-wave的经颅超声聚焦仿真研究

由于颅骨形状不规则，声速、密度等声学参数分布不均匀，使用传统相控聚焦的方法进行经颅超声精确聚焦时会出现焦点偏移、焦点形状畸变、散焦的现象，时间反转法被认为是能够克服颅骨非均匀特性，实现经颅聚焦的有效手段。而利用传统有限元，有限差分法进行数值仿真时，往往需要划分十分精密的网格进行计算，耗费大量的时间。K空间伪谱法通过在空间域上进行傅里叶变换，时间域上进行有限差分的方法求解声波方程，能够在降低计算网格密度的同时保证计算精度。为了克服颅骨对聚焦超声造成的焦移影响，同时避免声学模型计算量过大的问题，本文使用Matlab K-wave开源工具箱，对食蟹猴颅骨CT数据进行三维声学建模，实现了基于时间反转法的经颅超声聚焦，讨论了时间反转法对于颅骨不规则形状及非均匀声速造成的焦移的补偿。仿真结果表明，K-wave在提高计算速度的同时能够服务于精准经颅超声聚焦，且相较于传统基于声时差法的相控聚焦方法，时间反转法在预设焦点位置，焦点强度更高，焦斑形状更为规则，聚焦效果更好。     

Experimental investigation of selective localisation by decomposition of the time reversal operator and subspace-based technique

The approaches of the active time reversal (TR) selective localisation based on the decomposition of the time reversal operator (DORT) and the TR multiple signal classification (MUSIC) location are presented. The waveguide experiment describes in detail the procedure of active TR location and shows that (i) the extended target could have multiple distinguishable eigenstates, unlike point-like targets in which one target corresponds to one eigenstate; (ii) the selective location can be achieved by means of the standard TR location in the presence of the suspended and bottom objects; (iii) compared with the standard TR location, TR MUSIC location based on signal subspaces performs better in locating non-resolved targets and has lower sidelobe levels to locate the extended target. Finally, the approach of acquiring the TR operator via array probing by weighting Hadamard?Walsh functions (to produce orthogonal beams) is discussed. The experimental result shows that the ambiguity surfaces of the standard TR location and the TR MUSIC location are greatly improved with this approach.     

复合材料板脱层损伤的时间反转成像监测

基于时间反转理论,对主动Lamb波复合材料结构脱层损伤成像监测技术进行了研究。分析了时间反转方法的理论基础以及对波源的信号聚焦过程。根据信号传播自身的特性,研究采用时间反转聚焦方法使损伤散射信号能量叠加放大,从而提高信号的信噪比,分析给出了具体的损伤信号时间反转聚焦增强过程;利用时间反转法对波源的自适应聚焦能力,重建信号传播波动图,通过信号聚焦显示损伤位置和区域。在玻璃纤维复合材料板上的真实损伤实验结果表明,该方法能有效提高损伤散射信号的能量,较为准确地监测出损伤的位置、大致范围等特征。