浅海双基地有源探测调频信号直达波消除

双基地有源探测常采用长脉宽探测信号以获取更高的时间增益,容易导致回波弱信号被强直达波信号掩蔽而影响回波检测。针对长调频信号直达波的干扰,提出基于分数阶傅里叶变换(FrFT)的直达波消除方法。该方法利用调频信号在时频分布上的稀疏性,通过对接收信号进行分数阶傅里叶变换分离直达波和回波信号然后在变换域对直达波信号进行去除。远程双基地有源探测的收发距离较远,直达波信号经过长距离传播,浅海多途信道的影响不可忽视,因此通过数值仿真分析了浅海声传播对FrFT消除直达波方法的影响。理论和仿真分析结果表明,FrFT对一定时频分布的调频类信号具有足够的分辨力,可以有效在浅海环境中分离和消除直达波干扰。利用2018年的一次海上试验数据,对基于FrFT的直达波消除方法进行了检验,结果表明该方法可有效消除有源探测中的直达波干扰。该方法计算复杂度低,受浅海频散信道影响小,具有很好的稳健性。     

双基地条件下目标强度实验研究

本文对双基地条件下，水下航行器的目标强度进行了实验研究，取得了很有价值的水池试验数据，根据试验结果，结合理论计算，证明双基地理论计算的可行性。研究结果对小型水下航行器的多基地研究有重要意义。     

浅海负跃层条件下的warping变换宽带无源测距方法

夏季浅海波导中常常存在强烈的负跃层,研究warping变换无源测距在这种水文条件下的使用方法具有重要的应用价值。对于上发上收、上发下收和跃层强度较小时下发下收的情况,海面海底反射类简正波对声场起主要作用,可以对接收信号的自相关函数进行时域warping变换,利用特征频率匹配的方法进行无源测距。而对于跃层强度较大时下发下收的情况,水体折射-海底反射类简正波对声场起主要贡献,可以对接收信号的自相关函数进行频域β-warping变换进行无源测距。并且能在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果也可以与真实距离符合得较好。利用warping变换对一次夏季浅海实验接收到的目标发出的宽带信号进行无源测距,估计距离与真实距离符合较好,相对误差在20%以内。     

双基地有源探测柔性水平阵阵形实时校准方法

双基地有源模式下接收基地搭载的柔性水平阵在运动过程中,阵形会发生实时的畸变。针对阵形误差的存在会严重影响水听器阵列探测性能的问题,本文提出一种基于发射信号为线性调频(LFM)信号,利用直达波实现阵形参数估计的方法。该方法首先利用分数阶傅里叶变换(FRFT)对LFM信号在特定阶数的分数阶傅里叶变换域上的能量聚集性,实现直达波与目标回波的分离,避免了目标回波对于阵形参数估计的影响。而后利用各阵元直达波FRFT后对应峰值点之间的相位差实现了阵形参数估计,并提出了一种基于拖曳船辐射噪声的阵形解模糊方法。计算机仿真表明该方法对于噪声及干扰影响、入射角度误差以及多普勒频移均有一定的宽容性,湖上实验验证了阵形估计方法的有效性,是一种可实时校准、高精度、稳健的柔性水平阵阵形估计算法。     

稳健声线扰动特征用于浅海小目标定位*

针对海洋环境中的信道起伏变化对基于扰动声线声压敏感核的水下小目标定位算法影响较大的问题,提出了基于稳健声线扰动特征的目标定位方法,该方法首先对海洋环境中接收声场的到达结构进行分析,提取稳态的到达成分;然后通过观测稳健声线对应的接收信号在目标穿越过程中的扰动特征提取扰动声线;最后应用扰动声线类定位方法得到水下目标的定位模糊图实现定位。在浅海港口环境中开展了蛙人穿越实验,发射信号为中心频率为22.5kHz,带宽为15kHz的线性调频信号,实验数据的处理结果表明,直达路径和一次水底反射路径受信道起伏的影响较小,通过筛选稳健声线可以将扰动声线的定位方法用于自然的海洋环境。     

浅海小目标前向散射的非互易时反检测方法

将无源非互易时反(NRTR)用于浅海小目标前向散射探测海上实验研究,提出了一种基于频域加权松弛的信道估计算法(WRELAX)和时反方法相结合的小目标探测算法(WRELAX-NRTR)。该算法采用高精度的信道响应估计实现信道的空-时匹配,利用目标引起的时反声场结构的畸变检测前向散射信号对声场的扰动实现目标探测,并通过阈值法实现目标判决。在15~30 kHz的信号频率范围内进行海上实验,数据的处理结果表明,提出的WRELAX-NRTR探测算法与传统的NRTR算法相比,环境背景的扰动幅度从10 dB减小到4 dB,从而降低了虚警率,另外该算法对海洋环境噪声、目标聚焦深度、目标穿越距离和信道动态变化等均具有良好的鲁棒性。     

基于移动机器人的室内火灾预警点探测与定位的方法研究

火灾探测技术已成为对火灾进行预防的重要手段之一,目前常用的固定式火灾探测装置不能自主的探测和定位到火警点,对火灾发生初期的预防和灭火有一定的局限性。论文针对该问题,在分析火灾探测技术的基础上,提出一种多位姿仿人鼻的火灾探测装置,并制备出样机,同时尝试将其与可移动机器人结合来实现对室内火警点的探测和定位。基于不同的烟雾情况制定出不同的探测准则,根据该准则进行路径轨迹仿真,经过仿真结果可以看到移动机器人最终定位到火警点的位置。可移动的火灾探测装置在探测和定位到火警点的过程中,若所在空间中由拐角或家具死角导致烟雾扩散有聚集死角的情况存在,会对探测和定位过程造成很大的影响,仿真实验中的移动机器人在探测和定位火警点中的轨迹可以看出死角的存在虽然影响了对火警点的探测,但最终还是能够探测和定位到火警点,其路径轨迹表现出很好的一致性和连续性。     

多输入多输出与时反联合的波导声呐有源目标定位

为了提高对浅海静止小目标的探测能力,提出了将多输入多输出和时反处理相结合的波导声呐处理框架。利用收发合置垂直阵,假设目标为点目标,每一个阵元轮流时反发射正交信号照射目标,整个阵接收对应的目标回波。当所有的阵元发射正交信号结束以后,对所有接收的目标回波数据进行分集处理,然后与时反发射驾驶向量做匹配滤波完成对目标的定位。分时发射策略克服了水声信道时延扩展和多普勒扩展导致常规多输入多输出处理接收端不同回波信号分离的困难。采用物理时反发射和数值时反接收聚焦,有助于抑制混响、提高回混比。数值仿真和波导水池实验结果表明多输入多输出时反处理较常规的有源匹配场处理以更高的精度对波导中的目标进行定位。     

水下连续波有源探测的回波检测算法

研究线性调频连续波在水下探测中的信号模型、回波信号的检测和目标参数估计方法,通过分析回波信号与发射信号间的差拍信号,提出差拍-分数阶傅里叶变换结构的处理算法。为了减少分数阶傅里叶变换二维搜索时的计算量,首先使用Radon-Ambiguity变换估计差拍信号的调频斜率,再做相应阶次的分数阶傅里叶变换。数值仿真说明提出的算法能够有效消除线性调频连续波的距离-速度耦合现象,准确估计目标参数。通过湖上试验比较线性调频脉冲信号和线性调频连续波的处理增益,提出的算法处理的连续波比匹配滤波方法处理的脉冲信号处理增益大13 dB。研究结果表明该算法在连续波水下探测中可行有效,不仅能够准确估计目标参数,还具有良好的检测性能。      

浅海时变声速环境下的自适应匹配场定位算法实现*

针对浅海环境下声速剖面失配引起的匹配场处理器失配问题,提出了一种自适应匹配场定位算法在声速剖面时变环境下的实现方式。将先验声速剖面集简化为经验正交函数表示,结合蒙特卡洛方法与环境扰动约束算法对当下时刻的目标声源进行匹配场定位。本文以某次试验获取的连续20小时的声速剖面数据为研究对象,通过仿真试验对该算法进行验证,结果表明：在先验声速剖面集的半小时之后,利用自适应算法的距离和深度定位成功率较常规匹配场算法有较大提升,其中,深度正确定位概率相对较低。     

涌浪条件下的浅海表面声道脉冲声传播*

在冬季,海水表面受到海面强风的影响,普遍存在表面声道。当声源位于表面声道中并且声源频率高于表面声道的截止频率时,声能量几乎被完全限制其中,不与海底作用,十分有利于声传播。但当表面声道上边界为较大涌浪所形成的粗糙界面时,这种优良性能会被破坏。在南海北部陆坡海区的一次冬季实验中,发现表面声道以下水听器接收到的首个脉冲的幅度明显增加,通过研究表明,其原因是：存在较大涌浪时,部分表面声道内传播的声能量,经粗糙海面反射作用后进入下层水体中,使得位于表面声道以下的水听器的第一个到达的脉冲幅度增强。     

Theoretical analysis on waveform structures of pulse propagating in shallow water with an ideal thermocline

I.IntroductionDuetospatia1andtemporalvariabilityoftheocean-acousticenvironment,especially,theeffectsofboundaryaswel1asmediumonpropagationofacousticwavesinshal1owwater,theacousticpropagationisextrcmelycomp1icatcd.Multipathtransmissionisthebasiccharacteris-hcsofunderwatersoundchannels.Undctcrminedmultipathstructurescangreatlylimittheperformanceofunderwateracousticdetcction.However,ifthemultipathcharacteristicsofacousticpropagationinunderwatcrsoundchanne1sareknown,spaee-timeresolutionandpro-cess…     

浅海波导界面对点源振速方向的影响

采用“虚源法”分析计算了浅海波导环境中接收点处点源总振速方向与水平面夹角,侧重讨论确定性界面反射对总振速方向的影响。研究结果表明：总振速方向和接收点与声源的水平距离、两者深度,海底、海面特性以及声速剖面等有关。在等声速均匀浅海波导中,由于确定性界面反射的影响,当直达声掠射角为1°～50°时,合成总振速方向偏离直达声方向达1.5°～10.5°,声速剖面呈负梯度时,偏离程度更甚.     

浅海水声信道冲激响应空变特性研究

浅海声传播对空间参数的变化十分敏感,信道冲激响应随空间的变化使水声信号处理的性能受到很大限制。文中采用射线理论模型估计信道冲激响应,用互相关方法仿真计算了信道响应对空间参数的敏感性,并对信道冲激响应空变特性的实际应用进行了讨论。     

浅水声速剖面用经验正交函数(EOF)表示的可行性研究

本文研究利用经验正交函数（ＥＯＦ）及少量参数以近似表示实测浅水声速剖面的方法,研究了 样本数,不同浅水域的样本和算法的关系,并得出结论：一定区域的浅水声速剖面,以经验正交函数 （ＥＯＦ）近似表示,仍可以达到较好的精度。这对于声场层析及被动定位问题有着很重要的意义。     

浅水声速剖面用经验正交函数(EOF)表示的可行性研究

本文研究利用经验正交函数（Ｅ０Ｆ）及少量参数以近似表示实测浅水声速剖面的方法,研究了样本数,不同浅水域的样杜和算法的关系,并得出结论：一定区域的浅水声速剖面,以经验正交函数（Ｅ０Ｆ）近似表示,仍可以达到较好的精度,这对于声场层析及被动定位总理２有着很重要的意义。     

Numerical simulations and experiment ofreverberation loss in shallow water

I.IntroductionUndcrwatersoundrevcrberationhasrccentlybecomeatopicofgreatinterestlI-3l.Sincethcrcverberationincludescombincdeffcctsofsoundpropagahonandscattering,andthesoundpropagationinshallowwaterismuchmorecomplicatedthanthatinthedeepsea,itisnecessarytOstudycarefullybothintheoryandexperimcnt.Fortheshortrangereverberationinshal1owwatcrtheray-basedmodelisavai1ab1e,whilefOr1ongrangethewave-basedmodelmustbeusedbecauscofcomp1icatcdmu1tipaths,refractioneffcctsandfrequencydependence.Thenorma1-mode…     

浅海中运动声源径向速度与距离的无源估计

针对浅海波导中声源距离的无源估计问题,提出了一种环境参数和声场模型无关的、不依赖于引导声源的运动声源径向速度以及距离估计方法。该方法首先通过双水听器低频声场强度距离波数谱变换(R-K)的相位差获得干涉简正波水平波数,对水平波数轴定标来估计运动声源的径向速度。进一步地,对接收信号自相关函数进行WARPING变换得到运动声源距离的无源估计。对于反射类简正波为主的声场,在某一假定距离下根据某两时刻接收信号WARPING变换后干涉简正波谱峰频率与假定距离的关系估计距离;对于反射类或折射类简正波为主的声场,根据两个时刻接收信号的β-WARPING变换后干涉简正波的脉冲时延估计距离的值。数值仿真分析了等声速、负梯度以及温跃层3种水文环境下的噪声以及环境宽容性,结果表明径向速度与距离的估计不依赖于环境参数。利用2005年北黄海实验数据验证了方法的可行性,径向速度与距离的估计值与实际值符合良好。