基于最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法

本文提出了基于最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法。给出了算法的原理，并通过数值仿真，对不同条件下，双基地系统定位误差的几何分布进行了研究。仿真研究结果表明，采用最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法，可以更好地利用双基地声呐测量的冗余信息，有效改善双基地声呐中基线区域的定位精度。     

逆波束形成在圆阵中的应用

本文讨论将逆波束形成算法应用于圆阵，给出了圆阵FIM（Fourier Intergral Method）积分方程的近似解，并通过滑动平均进一步改善了逆波束形成算法。仿真结果表明：本文所采用的逆波束形成算法旁瓣比常规波束形成算法低4dB，空间方位分辨力提高约1／3。算法的性能通过海试数据处理得到了进一步验证。     

基于线性预测倒谱的被动声纳目标特征提取技术

从声纳员的角度出发，被动声纳目标可以被看作为一个发声体，利用线性预测倒谱从声纳目标噪声中分离出目标作为发声体的冲激响应在倒谱域中的表示，提取一组识别特征，设计神经网络分类器，对三类目标进行分类。实测数据验证了基于线性预测倒谱的被动声纳目标特征提取方法是可行的。     

基于粒子滤波的多普勒信息辅助目标定位跟踪算法

多基地声呐探测系统主要通过测量回波的时延和方位信息进行目标定位与跟踪,定位精度受声速、时延和方位测量误差的影响较大,可以通过多普勒信息辅助进一步提高定位跟踪精度。现有的多普勒信息辅助定位跟踪算法多适用于单基地声呐系统,多基地中的多普勒测量值与目标状态的关系更为复杂,需要研究新的融合方法。该文提出了一种适用于多基地声呐系统的多普勒信息辅助采样重要性重采样目标定位跟踪算法,将多普勒信息融入到粒子滤波的重采样过程,使重采样后的粒子集合更逼近目标的真实状态分布,从而提高了目标定位跟踪精度。数值仿真实验结果表明,提出的目标定位跟踪算法可以有效融合多普勒信息,提升目标定位跟踪精度。     

MIMO声呐的双尺度旋转不变子空间波达方向估计*

为了提高单基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)声呐阵列的波达方向(Direction of arrival, DOA)估计性能,提出了双尺度旋转不变子空间(Dual-Resolution Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, DR-ESPRIT)算法。结合MIMO阵列虚拟阵列的结构特征,首先利用ESPRIT算法通过各条虚拟线阵内、基线间距不大于半波长的子阵间的旋转不变关系得到无模糊的粗估计结果,之后利用虚拟线阵间、基线较长的子阵间的旋转不变关系得到一组有模糊的精估计结果。参考粗估计结果对精估计结果进行解模糊,最终得到高精度无模糊的角度估计结果。为了降低运算复杂度,利用该思路对降维ESPRIT算法也进行改进,提出了双尺度降维ESPRIT算法。仿真试验首先验证了与传统算法相比,双尺度类DOA估计算法能够有效提高角度估计精度。此外,还分析了MIMO声呐阵列的发射、接收阵元的幅相扰动误差对算法角度估计性能的影响。     

Numerical investigation of the effect of convex transverse curvature and concave grooves on the turbulent boundary layer along a cylinder in axial flow

Axisymmetric turbulent boundary layers that develop around streamwise oriented long cylinder-like objects can be found in many applications, such as towed array sonars or marine seismic streamers. In many of these applications, turbulent fluctuations within the boundary layer flow can have a negative impact compared with laminar flow conditions. The aim of the present work is to design a surface modification that influences the turbulent boundary layer around a cylinder in axial flow in order to reduce turbulent fluctuations. To design the surface we consider recent findings regarding the turbulence damping effects of groove-like surface structures and combine these insights with the effect of convex transverse curvature on turbulence. We use large-eddy simulations to investigate the flow around a cylinder of modified design and around a reference circular cylinder. Both flows have a radius-based Reynolds number of ${\text{Re}}_a\approx 1.23\cdot 10^4$. The modified design leads to a 20 % decrease in the average wall shear stress and results in local reductions in the turbulent intensities, Reynolds stress, the temporal velocity spectrum, and the turbulent dissipation rate. The analysis within the anisotropy-invariant space reveals a tendency towards flow relaminarization. However, the new design has no effect on turbulent pressure fluctuations. We provide suggestions on how to further improve the surface design to achieve even greater flow stabilization.     

声纳技术的应用及其最新进展

声纳技术是声学检测新技术在水下介质中的具体应用,文章简要阐述了声纳技术的原理,方法及其发展历史,介绍了声纳技术在军事和非军事方面的主要应用及其最新进展。     

基于混合能量模型水平集的合成孔径声纳图像分割方法

本文讨论了合成孔径声纳图像分割问题。首先介绍了Chan-Vese模型水平集方法,针对该模型存在的边界定位和重复初始化等问题,提出了一种改进的水平集方法。该方法的能量模型由区域信息项、边界信息项和距离约束函数构成的内部能量项三部分混合形成,既兼顾了全局优化特性和局部定位精度,又避免了水平集函数重复初始化,提高了运算效率。实验结果表明,该模型对于噪声干扰严重、边缘模糊的合成孔径声纳图像分割效果良好。     

一个解决声纳系统同频干扰的新思路

多平台联合作战将是未来海上作战的重要形式之一,多部主动声纳的同时存在使声兼容问题十分突出。由于友舰直达波经历的是单程传播,其强度往往比经历了双程传播的目标回波大的多。通过波形设计可以获得相关系数小的声纳波形,虽然可以从一定程度上缓解声兼容问题,但由于获得的增益有限,并不能从根本上解决这一问题。本文通过对常规检测器的修正,引入能量归一化的概念,有效地消除了能量对检测器的影响,从而解决了这一问题。同时本文还提出了与现有声纳信号处理体系相兼容的频域实现方法,使该算法在工程上的实现成为可能。计算机仿真证明,这一方法是正确有效的。     

基于实孔径成像的水下高速小目标末弹道 测量方法

在没有合作声信标和水下弹道测量系统配合的条件下,传统的基线定位法难以测量水下高速小目标末弹道。文中提出了一种测量高速小目标末弹道的方法,该方法通过在靶标上安装实孔径声学成像系统,发射双曲调频信号保持系统在目标回波多普勒偏移量较大时的输出幅值稳定,并采用频域宽带信号处理技术修正多普勒偏移造成的目标方位测量误差和抑制混响干扰,经过湖上试验,系统获取了较清晰的声学图像,准确分辨出目标位置,能够较精确地测量高速小目标末弹道。