第五讲新型光纤水听器和矢量水听器

光纤水听器和矢量水听器作为当前水声研究领域最具有代表性的两大技术倍受业界关注。光纤水听器的重要贡献在于，从一个全新的角度出发，试图解决传统的水声传感和声纳数据传输一体化设计和实现的一系列问题，这有助于改善声纳系统的可靠性，并且有可能降低其制造、使用和维护的总成本。矢量水听器则由于其特有的指向性和矢量一相位处理方法，在低频和甚低频水声微弱目标探测方面具有潜在的优势．经过不懈的努力，光纤水听器和矢量水听器系统已经从实验室逐渐进入到工程应用阶段．这些对未来声纳系统的发展会产生相当重要的影响．文章尝试从声纳设计的角度对这两者的技术现状进行简要综述，包括它们各自的物理基础、工作原理、关键技术和应用领域．     

1994年水下防务技术会议介绍

每年6—7月，北大西洋公约组织水下防务专家都要云集西欧，参加一年一度的水下防务技术会议和展览会，今年开会的地点是英国伦敦，从7月5日到7日举行了学术报告会和展览会，7月8日又举行了一天非公开的学术报告会．参加会议的不仅限于北大西洋公约组织的16国，还有日本，新加坡，马来西亚等国的代表．俄罗斯新近成立的武器装备进出口委员会也在展览大厅中设立了一个摊位．我作为会议参加者之一，参加了多种学术活动并观看了展览会，现就本次会议的主要情况作一介绍．水下防务技术③naerwateroefenseTee5nohyy，简称UDT）会议和展览会是北…     

THE LIMITING RESOLUTION ABILITY AND DYNAMIC RANGE OF OPTIMUM WEIGHT COEFFICIENTS OF ADAPTIVE BEAMFORMING SYSTEMS

Some problems of designing an adaptive beamforming system are considered in this paper.Oneis the limiting resolution ability of an adaptive beamforming system.The general representationof the output signal to noise ratio and gain of such system are given.A method for calculating theability of adaptive beamforming systems to reject more than one plane wave interference is shown.As a function of the generalized angle between signal and interferences,the formula for evaluatingsystem gain is derived.The corresponding numerical results are presented.We conclude that thelinmiting resolution ability depends not only on the generalized angle,but also on the interference tonoise ratio.Some concrete examples are illustrated.The othet problem considered in this paperis the dynamic range of optimum weight coefficients.In terms of the solution of the optimum transferfunction in frequency domain,an upper bound of optimum weight coefficients is presented.     

自适应波束成形中最优解在时域和频域中的等价关系

在Wiener的最小均方差准则下,给出频域上最佳滤波器的解。证明了,当把widrow的抽头延迟线看作横向滤波器时,可以用任意精确度逼近频域上的最优解。在某种条件下,时域上最优解的加权系数就是频域上最优传输函数的Fourier展开式的系数。给出这种等价关系的一般表达式和两种不同的证明。最后给出把这些结果用于实际声呐设计的若干例子。     

微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较

本文讨论水下辐射噪声源的精确定向问题，给出被动声纳和波束定向与分裂波束定向方法的性能比较。指出在一定信噪比下，分裂波束精确测向技术比和波束定向技术具有较高的定向精度。但是，随着信噪比的下降，两者趋于一致。推导了估计定向精度的分析表达式，给出在直线阵和圆弧阵情况下，延时估计和声源入射角偏差之间的换算公式和数值模拟结果。同时给出数字式声纳用以计算入射信号左波束和右波束数据的互谱来实现分裂波束定向的方法。     

失配状态下的双线阵波束形成研究

基于双线阵在阵间距失配状态下左右舷分辨性能会急剧下降的事实,利用延时相加和延时相减两种波束形成方法,分别推导了理想状态下双线阵的波束形成和阵间距失配状态下波束形成的方向指向性函数；分析了理想状态下和阵间距失配状态下延时相加和延时相减两种波束形成方法的左右舷分辨性能。理论分析表明延时相减波束形成具有较好的左右舷分辨性能。最后用海试数据验证了理论分析结果的正确性。     

被动测距声呐中后置处理置信级的设定

精确测定目标信号到达不同水听器的延时差是被动测距声响正常工作的基础,由于海水中声传播的多途效应,往往使延时差随机起伏,被动声呐的后置处理系统应当采用合理的算法消除起伏的影响。本文提出一种类似于Kalman滤波的数据平滑算法,把测量数据的方差反馈到系统的输入端。同时用筛选的方法把由偶然因素引起的,实际上不可能是由目标信号的延时差过滤掉,从而给出置信度作为指挥决策的依据,这对提高被动测距声呐的测距精度具有重要意义。     

多通路维纳滤波器的系统增益

维纳滤波器作为一种预处理技术可以用于抑制强干扰与噪声。本文给出多通路系统的最优传输函数的解。用一个递推求逆矩阵的方法,可以求出有干扰时传输函数的表达式。同时给出系统增益的表达式。当干/信比趋于无限时,系统的渐近特性也可用显式表示出来。当不同通道的干扰除了相位畸变之外,在幅度上又受到调制时,系统增益可以在几种特殊情况下计算出来。本文给出了一些数值计算结果用于解释理论的分析。     

数字式声呐的高效率前置A/D转换器

A/D转换是数字式声呐的最基本的前置处理之一,要充分利用A/D的动态必须确保输入信号始终处于适当的范围内。本文把A/D转换器的噪声分为重化噪声和饱和噪声。在输入噪声为高斯信号的假定下,分析了总噪声和A/D转换器各参数的关系,提出一种带反馈的AGC模型和采用数据压缩的μ-律量化,以便确保A/D转换器工作于最佳状态。文中给出了理论分析和实际电路设计。