一种基于序贯估计的直达声区水面舰船 被动测距方法 *

该文利用基于射线的盲解卷积方法，从直达声区的水面舰船噪声中提取出船和锚系于海底的垂直接收阵之间的时域信道响应，并利用直达波在不同阵元相对于参考阵元的到达时间差，通过序贯方法，利用射线模型和声速剖面信息，对水面舰船距接收阵的距离进行了估计。通过处理海深约为580 m的2016年美国圣巴巴拉海峡的实验数据，对1.6~3.5 km直达声区范围内Anna Maersk商船与垂直阵之间的距离进行了估计，验证了测距方法的有效性，并将结果与系统测量值和几何方法的估计值进行了比较。由于该方法不需要对海底参数进行估计，所以在海底参数未知时要优于传统匹配场方法；在声速剖面存在跃层且海底为多层分布的复杂信道条件下，该方法仍能对距离进行有效估计，且与测量值的相对误差在6%以内，小于几何方法的估计误差，测距结果精度较高。     

负跃层浅海声传播问题的解析解及其在水下脉冲声传播研究中的应用

提出一个基于波数积分理论的解析解,可用于计算包含海面下均匀层、负跃层、海底上方均匀层以及液态均匀海底的负跃层浅海波导中的声场。对声源位于水体不同层中的情况给出详细的推导,给出深度格林函数的解析解,并介绍了如何利用其计算点源和线源这两种情况下的声场.通过一个典型的负跃层浅海算例,验证了本文所提方法的精度,以及处理点源及线源问题的能力.此外,将本文提出的方法应用于水下脉冲声传播研究。针对某次实验的实际海洋环境,利用本文方法研究接收到的脉冲信号的波形特点,并与利用射线理论分析得到的相邻脉冲到达时间间隔等理论结果进行比较·结果表明,利用本方法得到的相邻脉冲到达时间数值结果与理论值高度一致。本方法非常适用于需要大量重复计算声场的情况,如水下脉冲声传播、海底声学参数反演等问题的计算机仿真研究。      

水声通信加权反馈双向Turb均衡器

为了提升自适应双向Turbo均衡器的收敛速度及降低误比特率,提出了采用加权反馈的双向Turbo均衡算法。首先在单个均衡器反馈输入中采用后验均值与先验均值混合的反馈方案,有效提升一轮迭代中均衡器输出的准确性;其次通过后验均值与先验均值的加权合并作为另一均衡器反馈的非因果项输入,在提升反馈输入准确性的同时提升了数据的利用率;最后在权值迭代中采用优化的比例归一化最小均方算法,提升训练阶段均衡器收敛速度。千岛湖试验中,在同样3.75 kbps通信速率的情况下,该方法误比特率仅为传统双向Turbo均衡器的1/3。仿真和试验数据表明,均衡器要达到同样的误比特率,本方法所需迭代轮数更少,在时变信道中系统稳定性更好,误比特率更低,提升了水声通信效率。      

Sequential Parameter Estimation Using Modal Dispersion Curves in Shallow Water

Existing sequential parameter estimation methods use the acoustic pressure of a line array as observations. The modal dispersion curves are employed to estimate the sound speed profile(SSP) and geoacoustic parameters based on the ensemble Kalman filter. The warping transform is implemented to the signals received by a single hydrophone to obtain the dispersion curves. The experimental data are collected at a range-independent shallow water site in the South China Sea. The results indicate that the SSPs are well estimated and the geoacoustic parameters are also well determined. Comparisons of the observed and estimated modal dispersion curves show good agreement.     

斜坡海底波导中随机声源的信道盲解卷积

该文研究了在斜坡海底环境中，通过基于射线的盲解卷积(RBD)方法，利用随机声源发出的信号来估计信道响应(CIR)的有效性，并讨论了不同信噪比和海底坡度情况下，RBD估计到的CIR与CIR理论值的相关性，对2016年美国圣巴巴拉海峡实验进行了仿真验证。RBD方法通过宽带波束形成估计随机声源的相位，以得到声源和接收阵之间的CIR。仿真结果表明，斜坡海底情况下RBD方法仍能较为准确地估计信道的CIR，噪声和海底坡度的变化均会对RBD估计到的CIR的精确度产生一定的影响。在具有一定粗糙度的斜坡海底波导或存在海底山丘的波导中，RBD仍然可以对CIR进行有效估计。     

小品中的数学悖论

前不久从电视中看到了这样一则小品：一个卖桔人,正在出售１００斤鲜桔,桔价是每斤１元．这时来了两个古怪的买桔人,其中一个光买桔皮,另一个光买桔肉．卖桔人想了想说：“我的鲜桔１元１斤,如果光卖桔皮按３元４斤,光卖桔肉按７元６斤,你们看怎么样？”两位买者欣然同意,于是买卖成交．算帐时卖桔人发现他仅收入了９５．８元（注：１００斤鲜桔出桔皮和桔肉各半）,而不是１００元,怎么会是这样呢？卖桔人大惑不解．卖桔人所碰到的这个问题实质上是数学悖论中售货悖论的翻版,要想弄清这个问题,我们先来看一看什么是售货悖论．一…     

多项式混沌展开的浅海水声环境参数敏感度分析*

水下声场是海洋环境参数的非线性函数,因此环境参数的不确定性必然会引起水下声场预测的不确定性,从而导致与声场预测相关的声呐探测和水声通信等设备性能的下降。该文将Sobol敏感度指数的计算与多项式混沌展开方法相结合,将敏感度指数表达为环境条件的函数,利用Q范数约束的双曲截断方案来减少多项式项数,有效地分析了设定的"浅海负梯度温跃层"信道中8个环境参数及其交互效应对水下声传播的影响。结果表明,沉积层声速是低频远距离声场不确定性分布的最主要贡献参数,同时对于下发下收的情况,声源深度的影响程度随着声源频率增加而逐渐增大。最后应用射线理论从海底反射的角度解释了各个环境因素影响程度差异的具体原因。该文的研究对水声通信和探测系统在浅海不确定环境下的性能预报研究具有重要的参考意义。