声相关载体速度测量理论和信号处理方法

研究了测量水中载体相对于海底速度的相关测速理论和信号处理方法。在速度存在随机分量的情形下,获得了在夫琅和费区域内适用的声呐阵时空相关函数,它是由零阶、一阶和二阶贝塞尔函数组成,波形不变原理能良好地成立,这是相关测速的理论模型。提出了局域最小二乘估计作为速度估计准则,采用序列二次规划法作为最优化的方法,由此建立了声相关测速的信号处理方法。在深海进行了多次系统试验,实验数据与理论模型基本符合;检验了深海3560 m水深时的闭环试验测速误差;进行了变速试验和漂泊试验,上述性能均为优良。最后给出了声相关速度计程仪(CVL)与GPS的线性回归分析, 它们之间有良好的相关性。 CVL均方根误差不大于(1．4％v 3)cm／s,其中v为航速。     

相关测速声呐阵元坐标估计算法研究

针对相关声呐接收阵元实际坐标与设计坐标不一致引起的测速误差,提出阵元坐标估计算法,以提高相关声呐的测速准确度。基于混响时空相关函数模型,对相关测速声呐时空相关函数特性进行了理论分析,提出了选择用延时0处的数据空间相关函数与理论空间相关函数进行阵元坐标估计的局域最小二乘拟合算法,并采用序列二次规划法解决了阵元坐标估计算法的最优化问题。海上试验数据的处理结果表明,该算法可以对阵元坐标进行有效估计,使用估计的阵元坐标后,相关测速声呐测速准确度提高了67%。      

相关测速声呐时空相关函数模型改进研究

相关测速声呐通过对回波的理论时空相关函数和数据时空相关函数进行最小二乘拟合或其它优化算法来解算载体速度,因此理论时空相关函数模型的准确性对速度解算是至关重要的,通过对多次海试数据的处理发现,在某些情形下,相关测速声呐的理论空间相关函数和数据空间相关函数三维俯视图形状不匹配,导致速度估计结果不准确,通过对时空相关函数理论...     

相关测速声呐底混响时空相关函数与载体俯仰角的关系

由于载体在运动过程中存在姿态的变化,不考虑载体姿态的理论相关函数会影响相关声呐的测速精确度。考虑载体俯仰角对发射信号海底照射区域的影响,引入不同权重的多阶贝塞尔函数,得到改进后的理论相关函数。同时,根据相关测速声呐发射参数,给出了基于FOM模型的海底回波仿真。仿真结果表明,改进的理论相关函数将相关声呐的测速误差降至1%以下。载体的俯仰角对时空相关函数产生影响。考虑载体俯仰角的理论相关函数更贴近实际情况,与仿真结果的相关系数吻合的较好,能够更加准确的估计载体速度。      

测深侧扫声呐差分相位估计

假设海底是一产生散射声波的薄层,获得了测深侧扫声呐(BSSS)的声呐阵时空相关函数的表达式。由此获得了两个重要结果:(1)获得了测深侧扫声呐差分相位估计的均值和方差的表达式;(2)在时空相关函数相位上除kdsin(θ-θm)外,附加了一项ξ(ξ被称为相位误差因子),此项在声呐正下方附近引起很大的测深误差。在上述基础上给出了差分相位法重要参数选择的标准,减小ξ的影响,使BSSS在相当宽的角度内获得好的结果。在上述理论指导下,研制了测深侧扫声呐,获得的实验数据与理论计算结果符合良好,证明了理论的正确性。     

利用海洋环境噪声估计海流流速

为了观测海流在短时间尺度上的变化,基于被动声层析原理,提出了一种利用浅海海洋环境噪声估计海流流速的方法.通过波束形成增加噪声互相关函数的能量积累,从环境噪声互相关函数提取出两个水平阵列间的经验格林函数,利用经验格林函数的时间到达结构反演阵列间的浅海海流流速.海上实验数据处理结果表明,该方法提取了2h时间平均的经验格林函...     

相关时延及频谱不对称对声学多普勒测速偏差影响

研究了复协方差频移估计测速下相关时延及接收信号频谱幅值不对称对声学多普勒测速偏差的影响。不考虑测速公式简化误差,复协方差频移估计测速偏差可以简化为多普勒频移测量偏差。经推导,不考虑发射信号波束开角的窄带测频无偏、宽带测频有偏;考虑波束开角的窄带测频和宽带测频均有偏。相关时延不准确且频谱不对称是该偏差的重要来源。仿真分析表明,点回波模型下,消除时延不准确或频谱不对称影响,测频偏差可趋于0。基于上述发现,建立底跟踪多普勒测速声呐的相位、幅度双重加权的椭圆网格测频模型;给出相同脉冲长度下窄带与宽带测频偏差存在差异的理论解释。利用所建宽带测频模型仿真出真实频移与估计频偏的拟合曲线,进而对实际数据进行修正,水槽实验场景速度测量相对偏差从1.14%降至0.78%,最大绝对值从2.83%降至1.83%;海试场景速度测量相对偏差从4.79%降至3.82%。      

主动声呐信息过程的实验研究——声呐信号综合分析仪在信道研究和声呐设计中的应用

本文介绍声呐信号综合分析仪(简称SZY)在主动声呐信道特性的实时测量和声呐设计中的应用原理和方法,并给出部分实验结果.内容包括:1.声呐信号分析:相关、模糊度和谱以及随机数据的统计测量;2.主动声呐信道(水声传输信道、目标散射和混响)特性的测量:时变谱和时变相关、时空相干性和散射函数;3.声呐检测和最佳设计:定位、跟踪、波形设计和信道匹配.     

数字式分裂波束阵系统的精确定向方法

本文讨论数字式声呐分裂波束精确定向的问题。利用Piersol提出的互谱法估计时延的原理,给出线阵与圆阵分裂波束系统的信号入射角与等效声中心的时延解算公式。利用这些公式可以根据输入数据,直接给出目标的准确入射角的数值。文中给出估计精度的表达式。它与累加次数、DFT的长度及采样周期有关。同时,还分析了由于对随机信号的截断所带来的误差。提出了对估计量加权、对输入数据加窗和合理选择DFT参数,以提高估计精度的方法。文中还给出系统的方框图及部分计算机模拟的结果。本文所提供的方法可以在数字式声呐中用于实时跟踪多个目标。     

浅海运动噪声源的声场统计特性及其对噪声测距声呐信号处理的影响

本文研究了运动噪声源在分层统计不均匀的媒质中(并考虑随机起伏边界的影响)噪声场时空相关函数的性质。 理论与大量海上实验都证明了,传播的多径效应使相关函数拖散,媒质的折射率起伏与边界起伏引起相关函数的起伏。而噪声源的运动对实时相关器的输出的影响等效于低通滤波器并附加时空相关函数的漂移。相关函数的这些性质大大降低了噪声测距声呐系统的信号处理增益。 相关函数的起伏和畸变,使噪声测距难于实现。为此,本文提出了小间距大跨度的四点阵空间相关测距与二次相关信号处理技术,大大地克服了上述诸因素的影响。本文还对内波引起的长周期大时延起伏的二次相关函数的输出,提出了有限记忆类卡尔曼滤波处理方法,使噪声测距声呐最终实现有效的准确测距与跟踪。