海洋混响信号的自适应非线性预测

基于非线性动力学对海洋混响建模,提出了一种自适应非线性预测方法,通过设计一个滤波器来逼近混响信号在相空间的演化轨迹;采用在不同海域进行的两次海上实验获取的混响信号,对自适应预测方法进行验证,其单步预测结果与实验信号符合较好;以模型的单步预测误差作为检验统计量来检测混响中的目标回波,可以在一定程度上抑制混响干扰,提高信混比。     

双基地混响平均强度理论及仿真预报

考察远程双基地界面混响,可以仅考察二维问题,其散射区域为一椭圆环带;对于近程双基地界面混响,必须讨论三维模型,其散射元分布在一椭球面上.对二维和三维双基地混响进行理论建模分析,该模型优点是无需使用无线电通信,借助GPS时钟即可同步工作,实现双基地声呐系统的测距及测向,便于双基地声呐系统的集成.推导出二维和三维模型的双基地声压混响理论预报公式.对三维矢量混响作仿真研究,并讨论矢量传感器组合指向性抗混响. 关键词： 双基地混响 声压混响 矢量混响     

干扰背景非瑞利混响参数估计

提出了一种基于模糊统计归一化处理(FSNP)的K分布混响形状参数自适应估计方法。该方法首先对混响进行归一化处理,然后对不同归一化处理强度的处理数据进行形状参数估计,最后,取适中归一化处理强度数据形状参数估计值作为最终估计值。仿真结果表明,所提方法在参杂干扰背景和均匀背景下,都具有很好的参数估计性能。实测带宽4000 Hz声呐同区域混响参数估计结果显示,混响参杂强干扰时,所提方法形状参数估计值的最小值、最大值、标准差、极差分别为1.13,25.76, 4.36, 24.63,混响均匀时分别为2.54, 20.78, 3.84, 18.24。相比于传统抑制干扰和均匀背景参数估计算法,无论是同区域参杂干扰混响,还是均匀混响,所提方法参数估计结果的标准差和极差都明显下降。     

浅海海底界面混响平均强度特性仿真

海底粗糙界面是产生混响的主要因素之一。本文通过理论分析和数值仿真的方法,根据浅海全波动混响模型对不同海底粗糙界面所引起浅海混响平均强度特性进行研究,主要考虑Goff-Jordan谱、Gauss谱和指数谱三种不同粗糙界面条件下的海底反向散射强度和混响平均强度特性。计算结果表明:海底粗糙界面会引起海底反向散射强度的频率特性的差异,进而导致海底平均混响强度的频率特性的差异,但随入射角度的变化不大。即使界面起伏的方差和相关长度相同,不同的粗糙度谱也会引起平均混响强度的差异。     

界面混响的耦合简正波理论研究

利用耦合简正波理论分析了粗糙界面散射引起的混响。引入了粗糙海底以及海面引起的各个模态间的耦合系数表述粗糙界面对声场的散射过程。结合风浪谱Pierson模型,仿真了不同海况下的海面混响,重点在于分析不同海况下海面起伏对海底混响的影响。利用耦合系数的求解从粗糙海面引起模态间能量耦合的角度对这种影响进行了机理性的探究。结果表明,尽管在浅海中海底混响占支配性地位,但随着海况等级的增加,海面散射对海底混响是有影响的,而这种影响可以从粗糙界面对声波模态间的耦合进行机理分析。      

混响场中脉冲超声空化效应的研究

本文实验研究了不同脉冲宽度的８２０ｋＨｚ超声波的空化效应，结果得出，空化致自基产量随脉冲宽度及声强呈现规律性变化，尤其观察到了“脉冲空化峰”现象，本文从液面受迫振动角度出混响场中“脉冲空化峰”现象的机制。     

载体姿态对海底混响时空相关特性的影响

讨论了载体姿态对海底混响时空相关特性的影响.考虑载体姿态对相关声呐信号发射的影响,推导理论时空相关函数,得到了时空相关特性与载体姿态之间的关系:载体在某一方向上的摇动越大,在该方向上的相关系数下降越快.将理论推导与仿真结果进行比较,发现在海底不存在大尺度起伏、表面粗糙度各向同性的情况下,二者的时空相关函数吻合得较好。实际海底通常具有大尺度起伏和各向异性的粗糙度,时空相关函数的形状不能由载体姿态和海底大尺度起伏完全确定,但海试数据证明了二者的联合影响。此外,讨论了载体姿态对载体垂向速度测量的影响。     

噪声修正的混响反演海底反射系数幅值参数

利用一种噪声修正方法解决低混噪比条件下混响数据反演海底反射系数幅值参数偏差的问题。将全波动混响理论中的混响非相干平均强度,叠加海洋环境噪声平均强度,获得包含噪声的混响平均强度理论,分析背景噪声平均强度对反演海底反射系数幅值参数的影响。数值仿真表明,背景噪声平均强度的叠加使得混响平均强度衰减趋势减缓,导致海底反射系数幅值参数反演结果偏小,混响噪声比越低,影响越明显。提出一种噪声平均强度相减的修正方法,对混响噪声比为[0,6] dB的混响平均强度数据进行修正,利用修正后的混响数据反演得到偏差较小的海底反射系数幅值参数。对比浅海混响实验数据衰减至不同混噪比时反演所得海底反射系数幅值参数,以及经噪声修正后的反演结果,验证了本文提出方法的可行性。     

运动平台混响的时空耦合统计模型

混响时空耦合特性是空时处理混响抑制方法中的关键问题之一。传统方法不是建立在统计模型基础上的,对实际海洋混响扩展、海洋混响环境影响及基阵非理想性导致的混响时空耦合分析缺乏有效性。论文在混响概率模型基础上,推导了运动平台的混响时空耦合关系,进一步给出了复杂水声混响环境及具体阵列指向特性下的混响时空耦合规律的统计模型。利用该模型,推导了理想窄波束基阵混响的时空耦合关系。理论解析结果和计算机仿真清晰地展示了理想阵列流形的混响时空分布规律,验证了本文理论推导结果的正确性。最后采用数值计算方法分析非理想基阵的混响空时耦合关系及空时分布规律,结果表明利用本文的混响空时耦合模型,能获得实际基阵的混响空时分布规律,可为空时处理混响抑制算法与系统设计提供一定的理论支撑。     

频率搅拌嵌套混响室场分布的统计特性

为明确频率搅拌方式下嵌套混响室内的场分布,在混响室电磁统计特性的基础上,对嵌套小室内外的场分布进行了理论研究,重点对小混响室开窗大小对场分布的影响进行了分析。当窗口为电大尺寸时,小混响室内外均服从瑞利分布;为电小尺寸时,参考车-车链路通信的统计特性,小混响室内部应满足双瑞利分布。在某大型混响室内,借助矢量网络分析仪,通过测试收、发天线间的散射参数S21,实现了样本数据的快速采集,并将样本数据与理论分布模型进行了拟合优度检验（KS检验）,检验结果证明了假设分布的正确性。     

混响室的混沌特性及其场统计分布

采用有限元数值方法计算了理想和实际结构混响室的本征频率,将其本征频率间隔分布与量子混沌理论不同系综的理论分布进行对比分析,证明了实际结构混响室的系综为高斯正交系综,混响室为混沌系统。在此基础上,利用随机平面波假设将理想金属混响室内电场矢量本征函数表示为随机平面波的线性叠加,进而将混响室内电场表示为与横电磁波两种可能的极化方式对应的矢量本征函数展开式。根据矢量本征函数的概率分布得到了电场任一笛卡尔坐标分量服从2自由度的Rayleigh分布,总场服从6自由度的Rayleigh分布。用ETS HI-6105光纤电场探头对某混响室进行了电场分量值测量,比较了测量数据与理论模型的累积概率分布。结果表明,试验结果与理论模型符合较好,证明了电场统计分布模型的有效性。     

混响室雷达地杂波统计特性模拟

为实现混响室中威布尔分布杂波的有效模拟,营造逼真的雷达电磁环境,基于广义平稳非相关散射电磁环境下混响室信道衰落特性,通过控制幅度调制信号对衰落系数进行补偿,提出一种基于时域波形设计的混响室地杂波模拟方法。通过调节输入信号序列中大、小幅度脉冲比例,改变混响室传统输入信号的零均值幅度特性,以实测地杂波统计特性为参考,最终得到与实测数据统计特性参数一致的混响室杂波电磁环境。用最大似然估计和KS检验法对实验数据作参数估计和假设检验,实测地杂波数据拟合于标准威布尔模型,混响室实验数据拟合于实测地杂波幅度统计模型,从而实现了实测地杂波起伏特性的混响室有效模拟。     

混响室频率搅拌方式及其场环境特性分析

从本征模的角度阐明了频率搅拌技术的混响原理,并根据激励信号的频域特征,系统研究了频率搅拌方式下获取实时均匀场与统计均匀场的三种有效实现途径。选取线性扫频这一搅拌方式为主要研究对象,检验了混响室频率搅拌下的最低可用频率、场均匀性与统计特性三项主要技术指标。试验结果表明：线性扫频搅拌方式下,混响室的最低可用频域与机械搅拌方式基本一致;场均匀性满足IEC 61000-4-21标准规定的容差要求;场值波动规律符合理论分布模型。     

频率搅拌嵌套混响室场分布的统计特性

为明确频率搅拌方式下嵌套混响室内的场分布,在混响室电磁统计特性的基础上,对嵌套小室内外的场分布进行了理论研究,重点对小混响室开窗大小对场分布的影响进行了分析。当窗口为电大尺寸时,小混响室内外均服从瑞利分布;为电小尺寸时,参考车-车链路通信的统计特性,小混响室内部应满足双瑞利分布。在某大型混响室内,借助矢量网络分析仪,通过测试收、发天线间的散射参数S21,实现了样本数据的快速采集,并将样本数据与理论分布模型进行了拟合优度检验(KS检验),检验结果证明了假设分布的正确性。     

浅海近程混响的振荡现象*

研究浅海近程混响特性对于评估和提高主动声纳性能具有重要意义。多次浅海混响实验显示,近程混响强度存在稳定的振荡现象,脉宽基本对振荡的幅度和周期没有影响。为解释这一现象,本文基于射线理论和小斜率近似给出了浅海近程混响模型,仿真与实测数据结果基本吻合。数值仿真结果表明：海底反射声场对单站声纳接收到回声信号的贡献远小于海底近垂向大掠射角散射声场的作用;混响强度振荡现象是海底近程散射声场的多途现象造成的,并由此给出了振荡周期与海深及收发深度的关系。     

An oscillation phenomenon of low frequency reverberation in the shallow water and its physical explanation

~~An oscillation phenomenon of low frequency reverberation in the shallow water and its physical explanation1 Zhang, R.. Jin. G. Normal-mode theory of average reverberation intensity in shallow water, Journal of Sound and Vibration, 1987 19(2):215-223 2. Ellis, D. D., A shallow-water normal-mode reverberation model, J. Acoust. Soc, Am., 1995, 97(5): 2804-2814. 3. McDaniel, S. T., Seafloor reverberation fluctuations, J. Acoust. Soc. Am., 1990, 88(3): 1530-1535. 4. Abraham, …     

Adaptive nonlinear prediction of ocean reverberation

An adaptive nonlinear prediction algorithm is proposed to predict ocean reverberation based on the phase space reconstruction of nonlinear dynamic system. The prediction algorithm is tested by experimental reverberation data measured in two areas, and the one-step forward prediction results are in good agreement with the experimental data. If the errors between the predicted and experimental data are chosen as the variable to detect the target in the reverberation series, the reverberation is suppressed and the signal-to-reverberation ratio is improved.