Physical model of acoustic forward scattering by cylindrical shell and its experimental validation

Research on the underwater target scattering can provide important theoretical support for target detection. The scattering model of cylindrical shell is established in this paper. It is found that the forward target strength is much stronger and varies with angles of incident wave less significantly than backward target strength. The received forward signal strength fluctuates with the target moving due to the interference between direct signal and scattering signal, which is most significant when target approaches the baseline. An experiment is carried out in an anechoic tank to validate the scattering model. The method of acquisiting forward scattering in the tank is proposed. The forward and the backward target strengths are achieved by using the pulse compression technology, and they are about 3dB less than the modeling results. The forward scattering phenomena of quiescent and moving target are measured, which are similar to modeling results with different target types.     

浅海声速剖面与移动声源的跟踪定位

在水平非均匀分布的浅海环境中,针对移动声源跟踪时,声速剖面的变化会对声场产生影响,提出了一种利用集合卡尔曼滤波算法的声速剖面跟踪反演和移动声源跟踪定位的方法。首先,将声速剖面进行距离和深度的参数化表示,从而将对声速剖面的跟踪转化为对声速剖面前3阶经验正交函数系数的跟踪;其次,通过将声源状态信息和声速剖面信息表示为状态变量,而将垂直线列阵接收到的声场信息作为测量值建立状态-测量模型,然后利用集合卡尔曼滤波方法对模型状态变量进行跟踪。仿真结果得出:声速剖面跟踪反演的均方根误差和移动声源跟踪定位的绝对误差都非常小,对声源的跟踪定位精度很高。并且通过增加集合样本数、增加接收信号信噪比以及增加接收阵元数目都可以提高跟踪定位结果精度。最后,利用东海实验数据对本方法进行了验证。      

采用空间谱加权稀疏约束的稳健Capon波束形成方法

针对标准Capon波束形成器旁瓣级高以及期望信号方向存在误差时,性能会严重下降的问题,提出一种基于噪声及干扰空间谱加权的稀疏约束Capon波束形成方法。该方法利用波束响应本身具有的稀疏特性,以及在稀疏重构算法中l₁范数具有抑制较大值保护较小值的特性,使用噪声及干扰的空间谱对不同角度的波束响应进行加权,然后施以稀疏约束。仿真、水池试验与湖上试验中,与其它几种方法比较表明该方法可以降低波束形成器的旁瓣级,获得较深的零陷,提高了阵列输出信干噪比与抗导向向量误差的能力。      

一种协方差矩阵实部消除的目标方位估计方法

针对实际复杂海洋环境条件下的目标方位估计性能变差的问题,提出了一种基于实部消除技术的目标方位估计方法。首先将噪声场分解为对称噪声部分和非对称噪声部分。然后利用协方差矩阵虚部,采用延迟求和波束形成方法获得目标方位估计,但是同时产生了对称的虚假目标。最后基于功率估计重构协方差矩阵实部,并与虚部组成新的协方差矩阵,利用新的协方差矩阵做目标方位估计,消除了虚假目标的影响。理论分析与湖试数据处理结果表明:该方法明显抑制了噪声,提高了目标方位估计的性能。实部消除技术易于实现,有较强的工程应用价值。      

Array gain for a conformal acoustic vector sensor array:An experimental study

An acoustic vector sensor can measure the components of particle velocity and the acoustic pressure at the same point simultaneously, which provides a larger array gain against the ambient noise and a higher angular resolution than the omnidirectional pressure sensor. This paper presents an experimental study of array gain for a conformal acoustic vector sensor array in a practical environment. First, the manifold vector is calculated using the real measured data so that the effects of array mismatches can be minimized. Second, an optimal beamformer with a specific spatial response on the basis of the stable directivity of the ambient noise is designed, which can effectively suppress the ambient noise.Experimental results show that this beamformer for the conformal acoustic vector sensor array provides good signal-tonoise ratio enhancement and is more advantageous than the delay-and-sum and minimum variance distortionless response beamformers.     

峰值能量检测及其在被动声纳显示中的应用

本文介绍子带峰值能量检测方法及其在被动声纳显示和检测中的应用[2-4]，同时提出了波束域宽带峰值能量检测算法。新的波束域算法是在已有波束形成的基础上进行处理，不需对原系统进行较大的修改。通过波束域宽带峰值能量检测处理，可以改善声纳显示效果，更加清晰地显示目标方位。相对于高分辨率波束形成算法，两种峰值能量检测算法的运算量都比较低，具有一定的工程应用前景。通过计算机仿真和实测数据处理，验证了所述两种峰值能量算法在提高显示清晰度，减小测向模糊度方面的优点。     

用独立成份分析算法实现水声信号盲分离

独立成份分析算法是在研究信号盲分离过程中出现的一种新方法,本文试图将几种独立成份分析算法用于分离水声信号。分析和比较了５种算法的性能,并用仿真信号对算法进行了仿真,阐述了独立成份分析算法分离水声信号的不足。针对含噪声模型,提出了一种基于独立成份分析算法成功分离水声信号的方法。     

浅海声场中拖曳线列阵常规波束形成器对本舰噪声的接收响应

以浅海声场模型为基础,通过计算机仿真,研究了拖曳线列阵对本舰噪声的接收响应,对接收本舰噪声的最大阵输出偏离指向本舰的端射方向这一现象给出了合理的解释。这一结果对于拖曳线列阵抑制本舰噪声的研究,以及在浅海环境的正确应用,具有重要意义。     

一种可编程的高速、高精度、高阶AR滤波器的设计与实现

本文以高速级联型信号处理器IMSA100为基础，构成了一个通用的可编程的硬件结构的AR滤波器．当AR滤波器阶数为1－32阶，参数量化字长为16位时，在全精度运算的情况下，数据吞吐率为2．SMHZ，每秒可完成8千万次乘加运算．此时，输入信号的动态范围最大可达7加E，最高采样率为2．SMHZ，带通、低通滤波器最低带宽的数字频率可达万分之一，过渡带小平0．01．