改进的时序多重稀疏贝叶斯学习冰下水声信道估计方法

针对时序多重稀疏贝叶斯学习信道估计方法计算复杂度高且在低信噪比时估计精度低的问题,本文提出了一种改进的时序多重稀疏贝叶斯学习正交频分复用冰下水声信道估计方法。首先,采用奇异值分解方法对接收导频矩阵进行去噪;随后利用去噪后的接收导频矩阵结合最小二乘信道估计方法获得时序多重稀疏贝叶斯信道估计的超参数矩阵、感知矩阵等先验知识;最后,利用冰下水声信道的稀疏特性和多途结构较为稳定的特点,采用时序多重稀疏贝叶斯信道估计对不同符号的冰下水声信道进行联合重建。仿真结果显示,在能量系数为0.03时,改进方法信道估计均方误差相比较于原始方法至少降低了约2.87×10-5,运算时间至少下降了约为90%。第11次北极科学考察冰下试验结果显示,改进方法的平均原始误码率略微低于原始方法,平均运算时间降低约75%。研究结果表明,利用冰下水声信道的特点,改进方法可以实现高精度冰下水声信道估计,并且有效降低系统计算复杂度。      

典型北极冰下声信道多途结构分析及实验研究

针对北极海域典型声场环境,提出了基于OASES-Bellhop耦合模型的冰下声信道多途结构快速分析方法。模型将海冰等效为具有粗糙界面的弹性分层介质,利用微扰法与Kirchhoff近似,估计海冰界面不均匀造成的散射损失,结合射线传播理论对典型北极冰下声信道多途结构进行分析与预报。数值仿真与实验结果表明,在6 km距离处,典型北极冰下声信道由于海冰与海底反射分别形成多途结构,海冰多次反射路径叠加形成的多途结构较为稳定,时延扩展在14 ms范围内,海底反射路径强度相对较弱。OASES-Bellhop模型对冰下声信道多途结构幅度和时延预测误差较小,能够较好的解释及预报实验观测到的多途结构环境特性。      

北极水声学研究的新进展和新动向

北极水声学作为水声学研究的一部分,起步要比达·芬奇所描述的声呐雏形晚很多年。第二次世界大战后北极水声学的研究开始受到发达国家(主要是美国)的重视。它的发展和研究重点带有明显的冷战烙印。冷战结束之后,随着北极持续变暖的趋势,北极及其毗邻海域的海洋水声环境受到特别的重视。环北极的8个国家组成排他性的北极理事会。我国政府于2018年1月26日发表北极政策白皮书,声明中国是近北极国家,是北极地区利益攸关方。本文介绍北极水声学研究的新进展,包括我国有关涉海单位近年来所做的科考和学术研究。指出,北极水声学的研究不局限于把传统水声学中的研究内容(如环境噪声、混响、传播等等)并行地在北极环境条件下加以重复探讨,而是要根据北极海洋环境的实际情况,进行有关领域的新研究。其中不乏传统浅海、深海水声学研究中所不具有的特色,如冰-水界面、冰下的半声道效应、冰盖下水下无人载器(UUV)的通信、定位及声呐对冰下环境的适应性研究等课题。      

双声道波导中低频环境噪声分布特性

针对北极冰下双声道波导的噪声分布特性研究,采用垂直阵对双声道波导内的噪声场进行了观测,北极冰下噪声物理模型使用混合加性噪声模型描述,统计分布模型使用α稳定分布描述.并将噪声划分为3个频段,按噪声来源分为背景噪声、冲击噪声以及航船噪声3种场景,分析其统计特性,给出了直方图统计、核函数估计与正态分布的比较结果,α稳定分布参数估计结果,峰度与偏度的计算结果以及累积分布函数检验结果。经分析讨论,给出结论:双声道波导中的噪声统计分布可用α稳定分布来描述,但上下表面声道的分布参数具有明显差别,上表面波导背景噪声明显偏离高斯分布而下表面声道的背景噪声接近于高斯分布;上下表面声道中不同频带的噪声分布差异也很明显,其中2~30 Hz差异性最大,30~100 Hz差异性较大,而100~500 Hz差异性相对较小,并且可以认为是对称α稳定分布.此外,上下表面声道中不同频带噪声α稳定特征参数变化也存在差异,上表面波导受冲击噪声影响α值变大,拖尾变薄;而下表面波导受冲击噪声影响α值则会变小,拖尾变重。      

高速运动目标的自适应线谱增强算法研究

本文研究了低信噪比、目标高速运动情况下,多普勒频移较大时针对线谱信号的自适应增强算法。对海试数据的分析表明,常规自适应线谱增强算法对多普勒频移下的线谱增强效果明显,但要求信噪比较高,且实时性较差;基于高阶累积量对角切片的自适应线谱增强算法对非线性高斯色噪声下的线谱增强效果显著,但对低信噪比环境下变化线谱的跟踪性能较差;频域批处理自适应线谱增强算法对低信噪比下的线谱信号具有很好的增强效果,降低了运算量。     

分形维数海豚哨声信号检测方法

针对海豚哨声信号自动检测的问题,提出一种基于分形维数的自适应阈值海豚哨声信号检测方法。对待检测声信号计算盒分形维数,根据得到的盒分形维数特征值,通过模糊C均值聚类自适应确定检测阈值,实现海豚哨声信号的自动检测。文中对水池录制的海豚声信号进行了数据分析,利用哨声信号盒分形维数对哨声信号段与非信号段进行检测,并与基于谱熵的方法进行对比,获得了较高的检测率以及较低的虚警率,可以适用于海豚哨声信号的自动检测与分割。     

可编程多路白噪声发生器

伪随机噪声在数字信号处理中具有重要的实用价值,白噪声是产生具有指定概率分布的伪随机噪声的基础.本文给出一种数字式可编程多路白噪声发生器的原理设计,把传统的移位寄存器技术用高速静态RAM代替,可以同时产生多路相互独立的白噪声.用DSP编程,软件简单,硬件紧凑.系统仿真表明,用本设计所产生的白噪声统计特性好、性能稳定,完全能满足声呐和通信等有关领域的要求,本文给出了原理分析、设计框图,计算机仿真的结果。     

基于Hilbert-Huang变换的水声信号特征提取及分类技术

水下目标噪声信号是一种典型的非线性非平稳随机信号，Hilbert-Huang变换较传统方法在处理此类信号时具有很大优势，据此本文提出了一种基于Hilbert-Huang变换的水下目标噪声特征提取方法。本文将环境噪声当作一类目标，利用上述方法对涉及两种航行船舶、海洋生物和海洋环境噪声的四类目标信号的特征进行了详细分析，最后对各类目标噪声信号进行了分类识别实验。实验结果表明基于Hilbert-Huang变换提取的特征对各类目标具有较好的可分性，达到了较高的识别率。     

水下网络突发分组前导码检测的自适应阈值算法

本文针对水声信道的特点,提出了一种适于水下传感器网络突发通信分组前导码检测的自适应阈值算法。该算法根据估计的信号瞬时功率自适应地调整阈值,以取代固定阈值算法中的预设常数阈值。进行了理论分析和仿真,证明该算法具有恒虚警的特点,检测概率比固定阈值算法有明显的提高。针对检测到相关函数旁瓣的情况,加入了滑动窗口。该算法经过了湖试验证,性能良好,具有实用价值。     

快速ESPRIT谐波集检测算法

在各种高分辨谐波检测算法中,TLS-ESPRIT估计精度较高,因不需要谱峰搜索而具有较小的运算量。提出了一种快速ESPRIT算法,在不降低谱估计性能条件下,进一步减小了运算量。快速ESPRIT算法所需采样时间短,仅需两次特征值分解。分析表明,此算法可以检测不同飞行状态的直升机声信号谐波集,是一种实时性好、有效实用的目标谱集探测方法。