浅海多径时延估计的功率谱加权自相关方法

针对浅海近距离时倒谱多径时延峰变弱难以提取的问题,提出了一种功率谱加权自相关多径时延估计方法。该方法采用FFT估计信号功率谱,对功率谱取1-α次幂(0<α<1),再进行IFFT变换,对其实部进行峰值检测获得多径时延估计。根据目标能量通过特性在正横前递增正横后递减的特点,在已检测时延前后一定区间内搜索下一个时延值,实现多径时延的自动提取.理论分析表明,多径时延估计的倒谱法与自相关法都可以看作功率谱加权自相关法的特例.海试数据处理与基于Bellhop射线模型的仿真计算表明,该方法在近距离时多径时延峰比倒谱法更清晰,输出信噪比提高了3~4 dB.采用该方法自动提取的海底反射多径时延用于单个水听器对目标距离的估计,与GPS测量距离基本相符,验证了方法的有效性.      

海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析

水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。     

通过相位内插与补偿提高相干平均线谱检测性能

针对现有基于相位补偿的相干平均检测方法相位补偿不准确引起线谱检测性能下降的问题,提出了一种改进的相干平均线谱检测方法。该方法在使用FFT估计分段长度不等于信号周期整数倍引起的各段信号之间的相位差时,采用频域三点插值获得精确相位差估计,在相干平均前对分段数据乘以一个复系数,以消除该相位差使相位同步。理论分析表明,改进方法能获得最大3.9dB的增益。通过计算机仿真比较了非相干的平均功率谱法、相干平均法、改进的相干平均法的检测性能,与理论分析基本一致,验证了改进方法有更强的线谱检测能力。     

噪声中的线谱检测及自动提取研究

线谱是水中目标检测与识别的重要特征,其自动提取对于水中无人探测系统至关重要。采用统计信号分析方法得出了线谱检测的接收机工作特性曲线,理论分析了线谱自动提取时一定虚警概率下的峰高门限,并提出一种自动门限以适应不同背景方差的变化。实测数据分析表明,本文方法在不同噪声背景下自动提取线谱的效果较好。     

水下运动声源的方位方差检测方法

为了提高对水下运动目标的检测能力,利用水下目标辐射信号与海洋环境噪声在空间分布特性上的差异,提出了一种方位方差检测方法。该方法采用时延估计法估计目标方位,对方位求方差以获得检验统计量。采用奈曼-皮尔逊准则,推导了该方法的检测概率关系式,得出了检测性能与信噪比关系曲线,并与宽带能量检测方法进行了比较,表明该方法的性能远优于宽带能量检测方法。理论分析和海上试验结果都验证了该方法的有效性。