一种便携式声呐信号模拟器的设计与实现

本文介绍一种声呐信号模拟器，结构紧凑（模块化结构）、体积小（200mm×300mm×400mm）、重量轻（＜5kg），可模拟静止或机动声呐目标回波信号和指定海况下海洋环境噪声．它具有良好的用户界面，可通过键盘与LCD显示板快速准确地输入所有参数和命令，完成指定功能．该系统接口特性优良，既可以单独成机，亦可与PC／XT／AT及其兼容机和其它声呐系统配接，完成声呐系统的调机和检查测试．     

有源声呐检测的信息原理

本文讨论了有源声呐设计中的三大要素(声呐波形、声呐信道和接收机)之间的相互关系,着重讨论有源声呐信道(包括混响、传播和目标散射过程的信息模型),提出用统一的推广散射函数和相干函数来描述,并通过对信道输出相关函数以及匹配滤波输出的分析指出这两个函数的物理意义和测量方法,最后还讨论声呐最佳波形和最佳接收机设计的基本原则。     

《主动声呐检测信息原理》

<正>科学出版社,2014年第2版,北京,656页,定价:118元/册主动声呐是由系统本身辐射给定形式的声波,并检测水下被检目标回波的系统,是水声探测的一个重要类别。发展主动声呐对于海洋安全与环境监测有重要意义。除开换能器及其收放系统以外,声呐信号、声呐信道和声呐接收机的设计与相互匹配是主动声呐设计的关键,目前国内外关于这方面的专著很少,非常     

AUV双基地合成孔径声呐成像实验*

单基地合成孔径声呐成像通常基于点目标假设,其相干积累处理不能克服分布型目标散射模式的起伏效应。收发异置的双基地声呐可以从不同角度观察目标,充分挖掘目标散射模式的角度依赖特性,在对水下目标(尤其人造目标)检测与定位方面,相对仅仅观测后向散射的单基地声呐有潜在的优势。该文 介绍一种基于自主水下航行器的双基地合成孔径声呐系统,重点介绍湖试成像的结果,验证双基地合成孔径声呐的可行性。同时通过引入目标散射模式建模的宽角度合成孔径声呐处理,实现了对目标探测性能的提升。     

激光致声声呐换能器的设计

提出一种声呐发射换能器的设计思路.设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力、多普勒分辨常数.基于激光声的产生、传播、时域波形和频率特性提出声呐发射换能器的概念性设计思路.从理论上初步证明了该换能器具有良好的距离分辨力和指向性,可作为高分辨力声呐的声源.     

主动声呐恒包络波形设计及其性能分析

为主动声呐设计恒包络的伪随机编码MSK调制波形。通过分析MSK信号表达式,得到波形的复包络信号。使用遗传算法优化伪随机序列,降低波形的自相关旁瓣,可减小声呐的虚警概率。通过优化复包络信号的自相关函数旁瓣值和互相关函数值,得到自相关性能和正交性能优良的恒包络波形,可以缓解多部声呐间的同频干扰。通过仿真分析波形的模糊度图,波形具有良好的频率分辨率和距离分辨率,可以取代峰均比过高的编码调相信号,满足主动声呐对运动目标的探测需求。     

多维波形编码合成孔径声呐技术研究

为了提高测绘效率,提出了两种基于多维波形编码技术的高分辨率宽测绘带合成孔径成像声呐体制,包括使用多发射阵的频分多输入多输出成像方式和方位向波形编码序列的成像方式,并论述了相应的成像处理流程。最后根据高速平台下的成像需求,设计了一种频分双发多收的合成孔径声呐系统,它可以将原有的单发多收系统的测绘效率提高一倍。考虑到水声信号的随机起伏性,利用已有的单发多收系统的实测数据,对多维波形编码技术在水声领域的可行性进行了实际验证。成像结果表明,经水底散射后的相邻频带的回波信号的空间相关性可以满足双发多收体制的合成孔径声呐的成像要求。      

主动定向声呐浮标系统

本文介绍主动定向声呐浮标遥控发射工作原理、定位方法和技术上实现途径.     

宽带大功率声呐AM信号发射机的设计与实现

发射机是宽带大功率声呐的重要组成部分,其性能关系着声呐系统工作的有效性。本文研究一种程控的宽带大功率声呐AM信号发射机,信号源基于Delta-sigma DA原理设计,以现场可编程门阵列(Field-programmable gate array,FPGA)为核心器件,采用"FPGA+滤波器"的简化电路结构,单个IO引脚即可实现一个通道AM信号的产生,功率放大电路采用并联推挽的乙类线性放大电路结构,驱动相控基阵使其声源级水池测试可达238 d B,且具备连续相控发射15个脉宽5 ms脉冲信号的能力,达到了50%的相对带宽。水池测试验证了设计方案,工作稳定可靠。     

管道声呐系统的研制和应用

本文提出了用主动声呐原理探测地下煤气管道内积水位置的新方法,并对研制成功的一套便于在野外使用的管道声呐系统的设计和工作原理作了介绍.它的工作特点是:声发射器和声接收器分别置于露在地面上的与管道水井相连的抽水管口及管道的旁支管口,然后同时测定相应于发射声脉冲的在积水晃动而阻塞管道瞬间所产生的反射波时延,以及管道内煤气的实际声速,从而能直接和正确地决定积水所在位置.现场测试证实了这种管道声呐系统能够有效地解决长期来一直难以解决的城市煤气管道内积水探测问题.     

室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight, LOS)与非直达(no line of sight, NLOS)环境, 引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性. 文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型, 假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional, 2D)水平面上. 本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival, AOA) 概率分布函数(probability density function, PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density, PSD)、 时间自相关函数(autocorrelation function, ACF)的解析表达式, 并分析其重要参数对函数的影响. 此外, 本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids) 信道仿真模型, 同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法, 并比较两者的计算性能. 仿真结果表明, 信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配, 即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似, 同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能, 拓宽了室内无线信道建模的研究, 同时减少实现开支.     

齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.     

正交多相码连续波主动声呐回波检测算法设计*

与常规脉冲式主动声呐相比,连续波主动声呐能够提高目标回波的时间处理增益和目标信息更新速率。本文提出一种由正交多相码合成的连续发射波形,分析了发射信号和目标回波模型,设计了多通道匹配滤波器组完成回波检测。为了进一步提高接收机检测性能,提出了多通道非相干积累的处理方法。通过数值仿真,分析提出的连续波形的多普勒分辨性能和目标信息更新率。通过蒙特卡罗法获取ROC曲线,比较了脉冲式主动声呐和连续波主动声呐在均匀混响背景下对单目标检测性能的差异。仿真结果表明,本文设计的连续波波形具有较好的多普勒分辨性能,在均匀混响背景下,回波检测算法能够明显提高单个目标的探测能力。     

卷积神经网络主动目标方位估计

复杂海洋环境中信道的传输特性、时空变化、频散效应等一定程度上制约了主动声呐目标方位估计的性能。该文引入卷积神经网络(CNN),提出了适用于主动声呐中目标方位的高精度估计方法。仿真声场环境为浅海负梯度,主动发射信号为具有多普勒不变性质的双曲调频信号,水平线列阵作为接收装置,目标按仿真路线运动。该文利用Kraken进行声场数据仿真,并对接收的信号在频域做均匀加权常规波束形成,进而进行卷积神经网络的模型训练和测试。数值仿真研究表明,该文所用方法可以有效估计目标波达方向,对信噪比具有一定的鲁棒性。     

声呐信号测向技术仿真研究及实现

方位估计是声呐信号处理中的一个核心问题，本文基于分裂波束原理，针对声呐系统中常用的单频ＣＷ信号和双曲调频ＨＦＭ信号，给出ＣＷ信号的互谱法法定向和ＨＦＭ信号的正交相关法定向的方法，计算机仿真实验分析了本文方法的精确性。     

《水中目标声散射》

正科学出版社出版,2018年1月,北京,333页,定价:129元水中声学目标的回声或散射是有源声呐的信息源。由声呐方程知,在声呐工作的三大要素:目标特性、传输信道和接收、处理设备中,目标信息是声呐工作的基础。其中水下目标声散射的研究是最为实际应用所关注的,水声学著作,如R.J.尤立克《水声原理》、朱埜《主动声呐检测信息原理》等都设专门章节对水下目标声散射特性进行讨论。汤渭霖等《水中目标声散射》则为该领域第一部专门论著。     

多输入多输出与时反联合的波导声呐有源目标定位

为了提高对浅海静止小目标的探测能力,提出了将多输入多输出和时反处理相结合的波导声呐处理框架。利用收发合置垂直阵,假设目标为点目标,每一个阵元轮流时反发射正交信号照射目标,整个阵接收对应的目标回波。当所有的阵元发射正交信号结束以后,对所有接收的目标回波数据进行分集处理,然后与时反发射驾驶向量做匹配滤波完成对目标的定位。分时发射策略克服了水声信道时延扩展和多普勒扩展导致常规多输入多输出处理接收端不同回波信号分离的困难。采用物理时反发射和数值时反接收聚焦,有助于抑制混响、提高回混比。数值仿真和波导水池实验结果表明多输入多输出时反处理较常规的有源匹配场处理以更高的精度对波导中的目标进行定位。      

运动介质反向散射波的演化谱

声呐、雷达和声达测量的运动介质反向散射波在补偿了能量衰减之后仍是非平稳随机过程。演化谱是描述它的良好手段,不平稳因子A_t(ω)和特征宽度B_L有重要意义。当与散射体积元对应的时间尺寸小于B_L时,反向散射过程的功率谱呈单峰特性;当超过B_L时,功率谱呈双峰特性。选用具有平缓变化的模糊度函数的发射信号,可以减弱不平稳因子的作用。     

基于车载通信标准街道场景的电磁散射信道模型

针对室外无线信道视距(line of sight,LOS)/非视距(non-line of sight,NLOS)传输环境下的车到车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信系统,本文提出了一种基于标准街道散射的统计信道模型,其移动发射机(mobile transmitter,MT)与移动接收机(mobile receiver,MR)处于运动状态,街道两旁分布的散射体固定.由几何模型出发又引入了一种随机的参考信道模型,其散射体有无穷多个,均以平行于街道两侧的散射条纹形式均匀分布在三维(three dimensional,3D)空间的一个二维(two dimensional,2D)矩形内部.在室外街道通信环境下,模型推导了散射信道中发射角(angle of departure,AOD)以及到达角(angle of arrival,AOA)的概率密度函数(probability density functions,PDFs)解析式;研究了多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)及其时间自相关函数(autocorrelation function,ACF);分析了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响.与城市、农村的测量信道对比分析,表明本模型仿真的统计特性符合理论与实际,拓宽了室外V2V无线通信信道建模的研究.为评估室外V2V通信系统的传输特性、仿真无线通信系统提供了有力的研究工具.     

多子阵干涉合成孔径声呐

在完成了轨道式干涉合成孔径声呐(InSAS)原理样机的基础上,研制开发了一种新型的水面拖曳式干涉合成孔径声呐系统.成像算法采用非停走停运动误差补偿的多子阵逐线算法.试验数据表明该系统稳定可靠,并成功获取了干涉合成孔径图像,其距离和方位分辨率分别达到了5 cm和10 cm,测深精度优于国际海道测量组织(IHO)标准.