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。      

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。      

基于虚拟仪器技术的多路水声信号同步采集及处理平台设计

本文介绍了虚拟仪器技术在水声信号处理研究中的一个具体应用,利用LabVIEW语言编程,在NI公司高速数据采集硬件平台上实现了高采样率下多通道数据的同步采集、处理、记录功能,并在不使用信号处理机的情况下,利用主控单板机的单核CPU完成了32通道常规波束成形(CBF)的实时计算。同时,本文对非DSP硬件平台的实时信号处理实现方法进行了初步的研究。     

用级联阵列机构造大型数字式声呐的设计技术

在分析声呐信号处理特点的基础上,提出一种称为级联阵列机的多处理器体系结构,用以实现大型数字式声呐系统。并对该体系结构中的各种要素,包括总线协议,数据传输,基本处理单元进行了详细讨论,最后给出一个使用级联阵列机结构实现数字声响系统的设计步骤。     

数字式声呐的高效率前置A/D转换器

A/D转换是数字式声呐的最基本的前置处理之一,要充分利用A/D的动态必须确保输入信号始终处于适当的范围内。本文把A/D转换器的噪声分为重化噪声和饱和噪声。在输入噪声为高斯信号的假定下,分析了总噪声和A/D转换器各参数的关系,提出一种带反馈的AGC模型和采用数据压缩的μ-律量化,以便确保A/D转换器工作于最佳状态。文中给出了理论分析和实际电路设计。     

被动测距声呐中后置处理置信级的设定

精确测定目标信号到达不同水听器的延时差是被动测距声响正常工作的基础,由于海水中声传播的多途效应,往往使延时差随机起伏,被动声呐的后置处理系统应当采用合理的算法消除起伏的影响。本文提出一种类似于Kalman滤波的数据平滑算法,把测量数据的方差反馈到系统的输入端。同时用筛选的方法把由偶然因素引起的,实际上不可能是由目标信号的延时差过滤掉,从而给出置信度作为指挥决策的依据,这对提高被动测距声呐的测距精度具有重要意义。     

一个在微机上应用的声呐线阵设计软件

数字式声呐的很多运算可以用计算机上的专用软件进行仿真,本文介绍一个用于IBM PC/XT,/AT及其兼容机的声呐设计用软件,对于连续线阵、离散等间隔线列阵,用户只需要输入有关参数。本软件就能在不到一分钟内计算出指向性函数,同时将用户所感兴趣的波束图在屏幕上画出来,在必要时还可以在普通打印机上得到硬拷贝。这个软件具有ZOOM功能。用户可以在横坐标上选取任意要放大观察的窗口以便了解指向性的细微结构。由于在设计中采用人机对话方法,用户在使用时可随时选择所需要的项目和改变数据,命令流向,本软件不仅可作为声呐设计人员的有力工具,也可以用于教学上的直观演示。     

1987年国际声学、语言和信号处理会议(ICASSP)简介

1987年国际声学、语言和信号处理会议于4月6日至9日在美国达拉斯市举行.会议内容涉及七个专题,即数学信号处理、谱估计及模型化,语言处理、多维信号处理,水声学,VLSI以及声音和电声学.会议共发表论文628篇(据说在应征论文中有半数来自美国国外,但录取率远低于50％).分别在54次分会议上宣读或以大字报形式宣讲.     

多通路维纳滤波器的系统增益

维纳滤波器作为一种预处理技术可以用于抑制强干扰与噪声。本文给出多通路系统的最优传输函数的解。用一个递推求逆矩阵的方法,可以求出有干扰时传输函数的表达式。同时给出系统增益的表达式。当干/信比趋于无限时,系统的渐近特性也可用显式表示出来。当不同通道的干扰除了相位畸变之外,在幅度上又受到调制时,系统增益可以在几种特殊情况下计算出来。本文给出了一些数值计算结果用于解释理论的分析。