拖船噪声抵消与左右舷分辨联合处理方法的研究

利用拖曳双线阵声纳基阵结构的左右舷分辨能力,并结合拖船相对于拖曳线列阵的空间位置关系,本文提出一种拖船噪声抵消与左右舷分辨联合处理的方法,在波束域分别形成左右波束并将映像波束相减,在检测目标并进行左右分辨的同时,可以显著抵消拖船噪声。海试结果验证了该方法的有效性,拖船噪声被抑制掉约14dB,同时正确分辨出目标的左右舷方位。     

基于近场聚焦逆波束形成的UUV平台噪声自适应抵消

UUV平台自噪声会对舷侧阵产生干扰，从而影响其探测性能，本文针对平台尾部自噪声源的直达噪声和海面反射噪声，提出了基于近场聚焦逆波束形成的平台噪声自适应抵消方法。文中利用UUV平台设计参数、深度以及运动姿态信息对尾部自噪声传播到舷侧阵的路径建立几何模型，并分析了影响该路径的因素；通过该模型，平台尾部自噪声能够实时自适应地通过聚焦波束形成被估计出来，从而在舷侧阵的接收信号中实现干扰抵消。仿真结果与海试实验数据处理结果表明，该方法能够有效抑制尾部自噪声干扰，显著提高UUV探测弱目标的能力。     

应用经验模态分解的拖船噪声信号重构及抵消方法

针对拖船干扰的时空特点,提出了将EMD(Empirical Mode Decomposition)应用于拖船噪声信号重构及抵消的方法。为了解决以往需要人工干预挑选EMD输出的多路IMF分量的缺点,提出了将多路IMF(Intrinsic Mode Function)分量与基元域信号按照线谱与连续谱分别做功率谱相关并以谱相关系数最大为准则的挑选算法。基于逆波束形成的理论,利用挑选后的IMF分量重构基元域信号,并与原始基元域信号谱减后再进行方位估计。拖曳声呐模拟器数据与实际海试数据验证结果表明,本文算法能够提高弱目标空间增益,尤其是对于靠近干扰盲区的弱目标空间增益提高明显,并且对拖船多途角扩展干扰也具有较好的抵消能力。      

拖曳线列阵声呐平台噪声的空域矩阵滤波抑制技术

针对拖曳线列阵声呐平台噪声构成近场强干扰影响声呐弱目标探测的问题,利用近场平台噪声的多途传播特性,将匹配场定位技术和平面波目标方位估计技术结合,使用平台噪声到达接收阵的拷贝向量以及平面波方向向量共同设计平台噪声零响应约束空域矩阵滤波器,实现了平台噪声抑制.推导得出滤波器设计最优化问题的最优解,利用广义奇异值分解简化最优解表达式,并给出滤波器对平面波方向向量整体响应误差以及对平台噪声拷贝向量响应。利用平台噪声拷贝向量与远场平面波方向向量相关性,解释了平台噪声构成强干扰的原因,以及滤波后存在探测盲区的原因。由仿真可知,空域矩阵滤波处理可获得更小的探测盲区,同时获得盲区外更高的探测能力.      

相关阵在抑制局部相关噪声中的应用

本文提出用阵元间互相关作为基元加权求和形成波束(相关阵)，并给出用来抑制线阵局部强相关干扰的一种权向量实现方法。海上试验数据处理结果表明，利用本文提出的权向量实现相关阵比CBF阵有较高的信噪比增益和较好的抗噪声干扰能力。     

声矢量圆阵宽带相干目标MVDR方位估计*

针对宽带相干目标的远程探测问题，本文提出一种基于声压振速联合处理和矢量重构的声矢量圆阵MVDR波束形成方法。该方法利用相位模态变换技术，将声矢量圆阵变换为与信号频率无关的虚拟线阵，并构建虚拟线阵声压与组合振速的互协方差矩阵，利用声压与振速各分量间的空间相关性有效地抑制各向同性环境噪声；并对宽带相干信号的互协方差矩阵进行矢量重构，即将最大特征值对应的特征向量划分为相互重叠的子向量，从而构建前/后向Hermitian矩阵；最后，基于MVDR波束形成器实现宽带相干目标的方位估计。仿真计算和实验数据处理结果表明，该方法具较强的解相干能力和噪声抑制能力以及较高的方位估计性能。     

矢量水听器拖曳阵的信号模拟器设计

本文中所设计的基于矢量水听器的拖线阵声纳模拟器,仿真了拖线阵的拖船干扰时域信号和空间传播特性,以及矢量水听器偶极子指向性。对于拖船干扰的仿真用Ecs模型来设定宽带功率谱,以AR模型来拟合指定功率谱,利用海底、海面对声场的一次反射作用仿真了拖船干扰的空间多途信道。利用插值滤波器的方法按照设定的时间精度仿真了宽带信号的阵元间精确延时。处理该模拟器所产生阵元时空采样仿真信号而得到的波束形成结果验证了该模拟器的有效性。     

采用分级聚焦波束形成的快速声成像算法

为了减小常规波束形成所需的庞大计算量以实现快速成像,本文提出了一种新的波束形成算法——分级聚焦波束形成。将基阵划分成各级子阵分级进行处理,对较短的子阵进行远场近似处理,逐级合并子阵进行子阵间的近场聚焦波束形成,并逐级进行波束插值。MAT- LAB仿真计算结果表明,分级聚焦法与常规波束形成相比,计算量和数据存储量大幅下降。该方法尤其适用于多焦点近场聚焦的场合。     

线性约束自适应逆波束形成研究

逆波束形成较常规波束形成有较好的方位分辨力,但其旁瓣较高,为抑制旁瓣并进一步提高阵增益和方位分辨力,本文提出一种自适应逆波束形成方法,通过设计自适应滤波器对虚拟阵列进行加权,提高阵增益和方位分辨力。理论分析表明自适应逆波束形成能够抑制旁瓣和噪声,阵增益较常规波束形成和逆波束形成提高约3 d B,数值仿真结果表明,自适应逆波束形成的旁瓣降低,阵增益和方位分辨力提高,实验数据处理结果表明自适应逆波束形成具有良好的方位分辨能力和目标检测能力,从而验证了其抑制旁瓣、提高方位分辨力和阵增益的有效性。     

频域盲源分离与波束形成结合抑制方向性强干扰方法

针对方向性强干扰严重影响无源声呐弱目标检测的问题,提出了频域盲源分离与波束形成结合的干扰抑制方法:以子带分解的方法实现宽带干扰抑制。对每个子带进行频域盲源分离,并估计出各分离信号的方位,将与给定强干扰方位匹配的分离信号置零,利用估计的解混矩阵和处理后的分离信号重构回阵元域信号并进行波束形成实现目标方位估计。声呐模拟器数据与海试数据验证结果表明,相对于传统零陷常规波束形成与零陷最小方差无失真响应波束形成方法有2 dB以上的增益,约6 dB的背景级降低,证明该方法在抑制方向性强干扰方面是有效的。      

Duffing振子微弱信号检测盲区消除及检测统计量构造

针对Duffing振子进行同频微弱信号检测时存在的检测盲区, 提出了一种策动力移相法予以消除. 结合微弱信号特性对检测盲区表达式进行分析, 得出了策动力与待测信号的“相差”位于检测盲区时的角度范围, 通过使策动力相位产生相移量π后实现对同频信号的检测, 实验证明了方法的可行性. 为了克服定性分析的不足和有效区分振子系统信号检测过程中出现的不同状态, 构造了一个基于类Halmiton系统的检测统计量, 并设计了基于该统计量的任意频率信号检测方法步骤, 方法的核心是以检测统计量出现极大值处所在的连续两个频点作为待测信号的频率范围. 在不同检测过程的仿真实验基础上, 给出了混沌、间歇混沌和大周期的检测统计量数值范围, 进而利用该数值范围作为判据实现了对任意频率信号的检测. 实验结果表明, 该方法不仅为系统状态提供了定量的判据准则, 而且提高了信号检测性能, 进一步完善了现有利用Duffing振子进行微弱信号检测的方法.     

Leak detection in water-filled plastic pipes through the application of tuned wavelet transforms to Acoustic Emission signals

A new method to detect leakage in a water-filled plastic pipe is proposed. In this method, a leakage signal-signature in time domain is first captured by monitoring the Short Time Fourier Transforms (STFT) of AE (Acoustic Emission) signals over a relatively long time-interval. The captured signal is then used to find a mother wavelet (tuned wavelet) for the best signal localization in time and frequency domains. The technique for AE signal detection using tuned wavelet is then described. Practical application of the method proposed herein is then presented using a water-filled plastic pipe as a case study. Signals generated from this experimental setup are collected to identify leakage signal-signatures from other interfering signals (background, pipe natural frequency, splash and environmental noise). The results of the experiment prove that using tuned wavelet, AE events can be detected and identified precisely in time. In addition, sources of signals due to leakage and their respective energy levels can also be recognized.     

一种广义旁瓣相消的超声成像算法

针对最小方差和相干系数结合算法在超声成像对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性方面存在的不足, 提出一种广义旁瓣相消的成像算法. 首先基于最小方差准则, 构造广义旁瓣相消器, 获得自适应与非自适应两部分加权向量, 然后根据接收信号的协方差矩阵构建特征阈值信号子空间, 并将获得的加权向量投影到此特征信号子空间的左奇异矢量空间中, 获得新的加权矢量. 通过Field II点目标和吸声斑仿真结果表明: 该方法获得的超声图像在对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法, 同时将广义旁瓣相消算法获得的加权向量与符号相干系数结合, 还能进一步提高超声图像质量. 最后通过geabr_0实验数据进行测试, 结果表明: 提出算法的分辨率和对比度及对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法.     

基于随机共振进行弱信号探测的实验研究

非线性随机共振系统可利用噪声增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法.基于随机共振的基本原理设计了硬件电路系统,并将其应用于检测单频和多频微弱信号;通过输入模拟工程实际的带噪信号,采样所得的输出信号的频谱分析结果表明,利用随机共振技术可从强噪声背景下有效地提取出单频和多频弱信号.多频弱信号的有效提取拓展了基于随机共振原理的弱信号检测技术的应用领域,结合数字滤波处理技术有效地消除了低频噪声对信号识别的影响.基于随机共振的弱信号检测技术在信息识别与信息处理方面具有巨大的潜在的应用价值.     

多光电侦察设备综合网络体系方案研究

针对单台光电侦察设备存在侦察范围小和跟踪目标单一等不足,使用阵列式光电侦察技术组成整体系统,提出布站组网方案,采用5×6阵列方阵布站并组网,前伸了警戒线,扩大了侦察区域,从前沿地带到中心保卫目标通过有序、接力探测,形成复合跟踪。研究了布站间距的方案设计,得出了最合理的布站区间。由综合光电组网覆盖区域内各单元的航迹可得到目标完整、连续的航迹,采用信息融合技术可获得精确的目标状态和属性估计,提高了目标的检测概率。最后完成了覆盖密度分析和目标发现概率的计算,计算结果显示,在单个光电侦察设备发现目标概率为90%的情况下,通过合理布站可使整个系统网络覆盖区域内目标综合发现概率提升至97.472%。实验结果表明:提出的光电组网技术能够大幅度增强目标的探测和跟踪能力。     

Direction of arrival estimation for underwater acoustic target based on compressed sensing after blind reconstruction of array signal in frequency domain

The performance of direction of arrival(DOA) estimation based on compressed sensing(CS) decreases in the complex ocean marine environment.In order to tackle this problem,a method of DOA estimation for underwater acoustic target based on CS after blind reconstruction of array signal in frequency domain is proposed.Firstly,the received array data are transformed to frequency domain by Fourier transform and frequency domain wideband signal are divided into part overlapping multiple sub-band array signal.Secondly,each subband array signal are separated using plural blind source separation(BSS) method,the sub-band separated matrix and target signal can be estimated.Thirdly,the array signal in frequency domain are reconstructed according to the separated matrix and separated signals which were not noises.Fourthly,the sub-band spatial spectrum corresponding to the reconstructed array signal is obtained by CS beamforming method.Finally,the total spatial spectrum is achieved by summing the all sub-band spatial spectrum.And the target direction can be estimated by searching the peak value of the total spatial spectrum.The verification results of simulator data and sea measured data show that,under the same conditions,the target detection ability and direction precision of the proposed method is superior to the classical minimum variance distortionless response(MVDR) method,frequency domain CS method,BSS combined with MVDR method.The spatial spectrum energy of faint target signal is improved obviously,and the ability of the sonar to detect faint target is enhanced.     

一种基于广义Duffing振子的水中弱目标检测方法

海洋环境中,在水下目标的线谱频率未知或者目标辐射噪声的连续谱很弱时,很难实现水中弱目标的准确检测,本文提出基于广义Duffing振子检测系统的水下目标辐射噪声检测方法.通过对传统周期扰动的Duffing振子信号检测系统的分析和推广,提出了一种可输入非周期、非平稳信号的广义Duffing振子检测系统,可检测输入的无先验信息目标信号.为实现广义Duffing振子系统运动状态的精确、有效判断,提出了一种相空间图形的离散分布列计算方法,通过类网格函数实现了利用统计复杂度对系统输出的嵌入式表征,从而实现了无先验信息时的水中弱目标的嵌入式检测.相同条件下与传统检测方法仿真对比可知,本文提出的方法可以检测到更低信噪比下的目标,并能满足水中检测实时性要求.     

图像局部熵用于小目标检测研究

分析了局部熵用于小目标检测时造成目标范围扩散等问题的原因,并提出了熵增长方法.该方法用于点目标检测可避免发生目标范围扩散现象.由于边缘纹理和点目标在熵增长处理过程中表现出截然相反的属性,故可避免边缘纹理对于小目标检测产生的严重干扰.该方法也可用于不受噪声干扰的边缘检测.针对相同信噪比目标在不同背景亮度中具有不同熵值和增长量的问题,提出用方差增长替代熵增长,使相同信噪比目标在不同背景亮度中表现出相同的增长量值,降低了后续目标分割的难度.试验表明,熵增长方法和方差增长方法能够有效检测1或2像素大小的点目标,并不受背景中边缘纹理的干扰.对算法的复杂度进行了分析,并提出采用双通道并行流水线方式实现工程化的设计思路.     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上,提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时,为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点,采用自适应变步长极值搜索策略,通过仿真实验可知,提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果,同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台,在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明,提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。     

基于云计算的嵌入式人脸识别系统建构与研究

在捕获北斗信号的过程中,接收机根据预先设定好的信号搜捕策略和门限值来捕获信号。欺骗干扰源通过产生虚假的相关峰和增加噪声基底,可以有效地干扰普通型北斗接收机正常的捕获工作。欺骗信号会增加噪声基底使得真实的卫星信号埋没,同时欺骗信号相关峰可以诱导接收机捕获到欺骗信号。针对欺骗信号检测问题,在分析欺骗信号入侵对接收机噪声基底影响的基础上,提出了在捕获阶段利用信噪比(SNR)检测技术识别欺骗干扰信号的方法,并对其有效性进行了分析。仿真结果表明,采用该方法的接收机具有一定程度的欺骗干扰识别能力,为提高GNSS接收机抗干扰能力提供了有益的参考 。