菲律宾海声传播信道时空相关性变化实验

声传播信道的时空相关性变化主要由信道多途结构的时空变化所决定。一般深海声传播信道由于受海底底质影响小，多途结构相对较为简单，比较容易实现深海信道的修正匹配．本文利用拖曳式低频宽带大功率发射换能器，发射线性调频脉冲信号，在接收端利用拷贝相关和脉间相关处理，得出信道的时空相关性变化。由于采用了宽带长脉冲信号，经过处理后减少了噪声于抗的影响．实验结果证实：信道的时空相关性主要由信道的多途结构及其时空变化决定．信道的相干部分约占全信道的４０％．本文的实验结果对深海信道的修正匹配研究有一定参考价值。     

矢量反转镜时空滤波技术研究

从信道理论出发研究了时间反转镜的聚焦效应,提出矢量反转镜时空滤波技术,对其空间匹配特性、处理增益、检测能力、稳健性作了研究。结果表明:利用海洋信道的相干多途特性,矢量反转镜可实现信号的空间匹配滤波;利用了相干源信号声压、振速相关性与各向同性干扰声压、振速相关性的差异,矢量反转镜可完成信号的时间匹配滤波。因而较传统的反转镜技术,利用矢量反转镜时空滤波技术进行目标无源检测可获得更好的检测性能、更低的检测阈及更强的稳健性。     

结合卷积神经网络的浅海有源探测信道匹配

信道匹配方法在有源探测领域是一种重要的提升检测信噪比的方法。针对非确知海底参数环境下的有源探测信道匹配问题,提出一种结合卷积神经网络进行信道匹配的算法。该算法基于海底参数扰动开展声场仿真生成卷积网络训练数据;首先通过分类网络将信号按照海底底质类型分类,在每个分类区间内采用单独的卷积网络反演海底参数;然后结合声场模型估计信道传递函数,进行信道匹配,从而在非确知环境下抑制多途影响,提升回波检测能力。仿真与实验结果表明,该算法能够在不确知海底环境条件下,有效估计信道传递函数,实现信道最优化匹配,在实验条件下可提高回波检测信噪比4 dB左右。相比传统方法,该算法可以在海底参数不确知条件下对低接收信噪比的信号实现信道匹配,同时不需要高信噪比的实验参考信号,有效提高了信道匹配方法的环境宽容性。      

数字时间相关积累(Ⅲ)——抗多途性能分析

本文首先探讨浅海声信道中多途的统计特性,在此基础上分析了DTCCA和DTACA抗多途的性能。理论估算和实验证明,这类信号处理方式抗多途性能是优越的,可以利用多途能量。     

时间反转镜用于被动检测技术的研究

从信道理论出发研究了时间反转镜的聚焦效应,提出时间反转镜空间滤波技术,对其空间匹配特性、处理增益、检测能力、稳健性作了仿真研究。仿真结果表明,利用了海洋信道的相干多途特性,时间反转镜可实现信号的空间匹配滤波,从而对目标进行检测,检测能力强。     

基于时反镜能量检测法的循环移位扩频水声通信

海面的起伏和多普勒效应使得接收信号的载波相位发生跳变以及水声信道的多途扩展使得接收信号波形发生畸变,这严重影响循环移位扩频系统的性能.本文提出循环移位能量检测器算法,通过检测循环移位匹配滤波器的输出能量对系统进行解码,可有效解决载波相位跳变对循环移位扩频系统的影响;将时间反转镜技术与循环移位能量检测器相结合,进一步提出时反镜能量检测器算法,利用已检测到的符号对信道进行实时估计并进行时反处理,抑制了水声信道多途扩展的影响,保证了循环移位扩频系统可在低信噪比条件下工作.通过大连海上试验以及莲花湖湖上试验验证,在复杂水声信道多途扩展、载波相位跳变和低信噪比条件下实现了低误码水声通信.     

多基地空时码探测信号设计及时反相关检测技术

为实现浅海复杂环境下的多基地声纳多源目标回波分辨,本文设计了一种适用于多入多出垂直阵信道环境下的空时码探测信号,并针对倾斜垂直阵的多途子信道差异问题,提出了信号的时反相关检测技术.空时码探测信号采用伪随机信号调制,具有良好的正交性,能在抗子信道严重衰落的同时,分辨多源目标回波.垂直阵受水流冲击,呈倾斜状态时,其多途子信道不一致性会导致各子信道传递信号无法在接收端聚焦,使阵列增益受损,同时导致时延测量能力下降和信号判决错误率上升,为此本文设计了信道训练信号用以估计多途子信道环境,通过虚拟时间反转镜获得子信道不一致条件下的最佳匹配检测信号,实现对接收信号的时反相关检测.仿真结果表明,本文所设计的探测信号和检测方法,能够克服复杂的信道条件和多途子信道不一致性引起的检测问题,满足多基地声纳探测需求,实现多源目标回波分辨.     

用于信号检测的时间压缩相关器理论分析

本文从声信号检测的观点出发分析了时间压缩相关器的有关理论问题。结合处理常用的线性调频脉冲信号及拟随机信号的情况,在相关器的输出信号及其频谱结构、多普勒滤波器组的设置、噪声背景及信噪比增益、信号包络的平滑化等方面得到了一些有用的结论和基本计算公式。改进和部分修正了已有的设计理论,为合理地设计近代声信号脉冲压缩接收机提供了依据。     

利用目标信道特性约束的信道匹配检测算法

浅海有源声呐的探测性能主要受到多途扩展以及混响干扰的影响。为了提高声呐系统的检测性能,根据双扩展信道匹配原理,结合混响信道与声呐目标信道特点,提出了一种基于回波特性约束的信道匹配检测算法。该算法通过最小二乘匹配追踪算法估计信道稀疏响应,并根据混响和目标信道的扩展差异,通过约束目标信道扩展对稀疏信道响应去冗余,得到更精确的目标回波信道响应。利用该信道响应进行信道匹配检测,可以进一步提高信混比处理增益。数值仿真结果表明所提算法可以有效汇集多途信号能量并抑制混响干扰,提高声呐系统的检测性能;海试数据处理结果显示,在试验信道条件下,所提算法处理结果的峰值信混比,与匹配滤波相比提升约7~12 dB,与传统自适应相关器相比提升约6~7 dB。      

时变信道相干部分的修正匹配

由于水声信道的随机时变及多途特性,使得以发射信号作参考的匹配滤波器检测性能的下降。本文提出当多途结构具有相对稳定部分时,可采用以下两种信道匹配方法:(1)脉间相关信道匹配法(参见[4]);(2)解卷求信道响应法,后一方法要求发射宽带短脉冲,用解卷求出的信道响应h(τ,ι)去修正欲发射的其它声呐信号,并把它当作匹配滤波器的响应函数,以提高匹配滤波器对时变信道的适配能力。本文前一部分对各种设定的信道模型,给出了修正匹配的计算机模拟结果;后一部分给出了经4浬和24浬海洋信道传输的数据的修正匹配,并给出了以上两部分修正前后的计算机结果比较。对大信噪比,修正匹配的效果是十分显著的。