声呐目标回波的亮点模型

本文为声呐工程提供一个实用的目标模型．基于大多数声呐系统采用高频限带信号的事实，用传递函数描述目标的回波特性比较适宜．在高频情况下，构成回波的各种成分，如镜反射波、棱角波和各种弹性散射波都可以等效成某个散射中心即亮点的回波．整个目标等效成一组空间分布亮点．本文给出亮点传递函数的普遍形式，它由幅度因子、时延和相位跳变三个参量描述．一个完整的目标模型就是给定这三个参量组、利用本文给出的亮点模型可以实现窄带回波波形的模拟．     

水下体积目标宽带阵列尺度估计

通过研究目标声纳窄带离散回波模型,论文建立了水下体积目标宽带离散回波模型。并结合均匀线性阵列信号模型,推导出了基于散射亮点形状、距离、方位角等反映目标尺度信息参量的体积目标宽带离散线性均匀阵列回波模型,为水下体积目标探测与尺度估计提供了可靠的理论依据。仿真与实验对比结果证明了模型的正确、有效性,说明了其实用价值。     

脉冲激光探测水下目标回波特性分析研究

海洋表层是水下生物以及水下目标的主要活动区域,对海洋表层中的目标进行高精度的探测是一个十分重要的课题。本文建立了半解析蒙特卡洛激光辐射传输仿真模型,能够对机载海洋雷达回波信号过程进行全链路仿真,并且讨论了不同形状(包括：平面形、圆锥形、球形和类球形)目标的最大回波辐射强度随着水下深度分布。基于此,本文分析了脉冲激光雷达回波过程中不同目标在相同场景下考虑的截止散射阶次对回波信号的能量占比贡献。最后,分别从脉冲激光回波半峰全宽(FHWM)以及海水后向散射信噪比(SNR)两个方面分析了不同形状的水下目标识别过程中海水的后向散射对脉冲激光回波的回波半宽增宽效应以及不同深度下的海水后向散射信噪比。     

水下目标弹性声散射信号分离

水下目标弹性声散射与其他声散射成分在时域和频域上均存在混叠, 现有信号处理方法受分辨力限制无法在混叠状态下识别目标弹性声散射特征. 针对这个问题, 提出了一种目标弹性声散射信号分离方法. 以目标回波亮点模型为基础, 分析了线性调频信号入射时目标声散射成分的信号特性, 提出了一种目标声散射成分向单频信号的映射方法, 并理论推导出了目标声散射结构与映射结果之间的线性对应关系, 实现了通过窄带滤波分离出目标弹性声散射成分. 仿真与消声水池实验数据处理结果表明, 该方法基本可以完全分离出目标回波信号中的弹性声散射成分, 分离出的弹性声散射具有与理论一致的信号特征, 验证了该分离方法的有效性.     

水中目标回波亮点统计特征研究

礁石和海洋动物引起的混响是主动声纳最严重的干扰, 如何区分礁石、鱼群和水中目标一直是制约主动声纳识别技术的难点问题. 针对礁石与目标回波难以区分的问题, 从特征识别的应用角度, 研究水中复杂目标全方位回波亮点特征的有效表征和应用方式, 基于目标回波亮点模型, 提出拷贝相关器输出的目标散射函数估计方法, 给出对目标回波亮点相对关系进行定量分析的目标回波特征统计表征方式, 并基于湖上实验提取了物理机理明确的目标回波亮点统计特征, 使得目标时间-角度谱中所蕴含的目标特征信息能够很直接地转化为主动声纳易于应用的目标特征. 关键词： 水中目标 回波亮点 统计特征     

基于弧形阵的声呐体目标尺度模拟技术研究

分析并给出水下尺度目标回波的亮点结构模型和基于分裂波束互谱法对目标尺度识别的模型,以及稳态反射亮点与随机散射亮点数字时间序列生成方法。给出了一种在消声水池中布放弧形阵模拟目标尺度的方法,该阵列同步发射经时变投影矩阵加权变换的多亮点时间序列。将该方法应用于实现自导仿真试验系统,仿真试验结果表明该方法能够较好地模拟目标空间尺度,除了能够模拟普通靶标的多亮点延迟重发,还具备模拟包括平滑连续、阶跳及其组合等在内的复杂目标空间方位变化的能力,并能够用于水下航行体制导系统半实物仿真。     

相干式CO2激光成像雷达光学系统

根据目标粗糙表面散射回波统计理论和随机相位匹配规则分析了相干激光雷达光学天线参数确定和本振光设计方法,研制了一套扫描激光雷达光学天线系统,并应用于单管线性调频脉冲压缩激光雷达接收到了７．８ｋｍ房屋的散射回波信号,信噪比较好,激光功率约为５Ｗ。     

水下目标亮点拓扑特征提取及自动识别方法

针对水下目标逆合成孔径声呐(Inverse Synthetic Aperture Sonar,ISAS)图像识别问题中观测角度随机多变,目标结构相互遮挡问题,提出一种基于多亮点拓扑矢量特征的ISAS水下目标识别方法。通过分析ISAS成像过程中散射点位置由三维空间向二维成像平面的投影关系,表明了横向定标后的声呐图像中强亮点之间的距离仅由目标散射结构之间的物理距离决定,据此基于强亮点之间的相互距离,构造能稳定描述不同观测角度下目标的拓扑矢量特征。然后通过K-means聚类获取多聚类中心以克服目标结构互相遮挡造成的亮点缺失问题。最终采用最近邻分类器实现目标识别。水池缩比模型实验表明,该方法对于水下目标的识别率达到84.0%。     

水中目标二维亮点分布研究

众所周知，水中目标声散射近场具有时-空分布特性，它的特性可用目标的时间（即距离）-方位二维亮点分布来描述。本文介绍了这一基于声信道理论的原理。结合海试结果，讨论了几种主要目标声散射的机理及它们在目标二维亮点图中的表征。最后，给出了目标二维亮点分布的物理模型。     

鳀鱼(Engraulis japonicus)目标强度的模型法研究

采用声散射理论和目标强度近似模型评估法对黄海鲤鱼（Engraulis japonicus）的声散射特征和目标强度进行了数值计算与评估研究。散射模型由鱼鳔模型和鱼体模型两个部分构成，其中鱼鳔采用充满气体的椭球体模型，鳔除外的鱼体采用充满液体的椭球体模型。理论数值计算所需参数取自全长12．6cm的鲤鱼个体，其鱼鳔尺寸利用X光照片测得。平均目标强度利用模型算得的不同角度下的声散射强度与鲲鱼倾角分布函数的卷积计算，其中倾角（度）的分布函数设为N（-3．9，12．8^2）。结果显示，鲲鱼对声波的散射具有明显指向性；在38kHz和120kHz工作频率下，鲲鱼的最大背向目标强度分别为-41．2dB和-39．5dB，有效平均目标强度分别为-48．0dB和-51．5dB，与实测结果吻合较好。另外还对鲲鱼的反向散射指向性特征、目标强度的频率特征以及鱼鳔对鲲鱼整体目标强度的贡献等进行了分析与讨论。以上研究表明，模型法作为现场测定研究方法的重要补充和认知鱼类声学散射特性的有效途径，可在我国鱼类目标强度的研究中发挥重要作用。     

基于微面元理论的“猫眼”目标回波散射偏振特性研究

为了研究"猫眼"目标表面回波散射偏振特性,基于微面元理论建立了偏振双向反射分布函数模型,指出线偏振光在"猫眼"目标表面回波散射的偏振度与目标表面粗糙度、复折射率以及入射角、探测角有关。主要研究"猫眼"目标表面粗糙度对其回波散射偏振度的影响,利用Matlab仿真得到"猫眼"目标回波偏振度与目标表面粗糙度参数σ的关系曲线。选择经过不同砂纸打磨的硅片作为"猫眼"目标进行实验,当硅片表面均方根高度分别为0.067μm、0.554μm、0.726μm、1.651μm、1.893μm时,其表面回波散射偏振度的测量值依次为98.83%、98.16%、96.08%、94.91%、94.6%,表明"猫眼"目标回波散射的偏振度随其表面粗糙度的增大而减小。     

旋翼叶片回波建模与闪烁现象机理分析

对旋翼叶片回波建模与闪烁现象进行了综合研究.基于散射点散射系数和分布情况,构建了旋翼叶片回波的散射点模型,并分析了散射点分布对回波的影响;在此基础上研究了回波时域闪烁现象的物理散射机理,并结合时频分析和横向分辨率分析了微多普勒特征及时频域闪烁现象;对两类不同分布间隔的散射点模型进行了仿真,并与积分模型进行对比性实验,结果验证了闪烁现象物理分析的合理性.该研究成果在旋翼目标的探测识别领域具有一定的理论与应用价值.     

油膜覆盖的非线性海面电磁散射多普勒谱特性研究

当海面上方漂浮油膜时,海面的毛细波成分将因油膜的阻尼作用而被破坏.本文采用PM谱,基于Marangoni阻尼效应,建立油膜覆盖的一维Creamer非线性海面模型,并简单分析了油膜的阻尼作用对海面轮廓的影响.在此基础上,利用迭代物理光学方法研究了L波段下该模型的后向散射回波的多普勒谱特性,通过与基于线性模型的海面散射回波多普勒谱对比发现,在大中入射角下,非线性海面散射回波与线性海面多普勒谱的差异不可忽略,说明采用Creamer非线性理论建立海面几何模型的必要性.研究发现,油膜覆盖海面的散射回波的多普勒频移及展宽与干净海面雷达回波的多普勒特性具有明显差异,这表明海面上漂浮的油膜对雷达散射回波的多普勒特性具有显著的影响.数值结果重点分析了入射角、油膜参数以及风速对油膜覆盖海面散射回波多普勒谱展宽和频移的影响规律.     

近程声呐亮点回波的识别与跟踪

根据目标近距离水下航行时的亮点动态分布规律,提出用两级聚类分析和边缘特征提取的图象识别方法,从声呐回波动态历程图象中识别和跟踪目标回波,并从目标动态回波图象的多个亮点中,提取和跟踪了指挥塔亮点轨迹．     

基于递归T矩阵的离散随机散射体散射特性研究

本文根据电磁场矢量球波函数多极点展开原理及矢量叠加定理提出了递归T矩阵算法的矢量形式,并且基于矢量递归T矩阵算法建立了多散射球模拟离散随机散射体散射的三维电磁散射模型.通过计算不同尺寸、随机分布散射球的散射以及分析散射球间的高阶散射效应,结果表明:矢量递归T矩阵算法具有很高的计算精度,算法中包含多散射体间的高阶散射效应,因此能够精确计算多散射体总的散射效应.本文所建模型可应用于土壤湿度探测工程中评估地表下掩埋离散随机散射体散射对雷达回波信号产生的影响.     

用时域积分方程法计算不规则形状目标的瞬态声散射

瞬态声散射信号包含有较丰富的目标信息。本文研究了克服时域积分方程法计算瞬态声散射中存在的长时间解发散问题的方法,给出了一种实用的算法,使得计算结果在时间较长时都稳定。将时域积分方程法推广到阻抗表面的情况,计算了带半椭球帽的阻抗圆柱体的瞬态反向声散射。计算结果表明,目标的瞬态回波具有亮点特征．     

有源声呐检测的信息原理

本文讨论了有源声呐设计中的三大要素(声呐波形、声呐信道和接收机)之间的相互关系,着重讨论有源声呐信道(包括混响、传播和目标散射过程的信息模型),提出用统一的推广散射函数和相干函数来描述,并通过对信道输出相关函数以及匹配滤波输出的分析指出这两个函数的物理意义和测量方法,最后还讨论声呐最佳波形和最佳接收机设计的基本原则。     

水下目标几何声散射回波在分数阶傅里叶变换域中的特性

水下目标散射回波在时域、频域混叠在一起, 而且受声波入射角度的影响严重, 在不同的入射角度下表现出很大的差异, 需要建立全方位入射角度下回波分量的理论分析模型. 本文推导了目标几何声散射分量在分数阶傅里叶变换域中随入射角度变化的解析表达式; 确定了目标几何声散射回波分量在最佳分数阶傅里叶变换域中的全方位模型, 从理论上证明了目标回波的几何特征形式; 给出了离散分数阶傅里叶变换对声散射分量的分辨能力和计算精度与发射信号带宽和观测时间之间的关系. 实验数据处理表明, 建立的分数阶傅里叶变换域的全方位模型与目标几何特征是一致的, 对未知入射角度下的目标识别提供了理论依据.     

时频分布后置积累法检测和识别分布目标

由于线性调频信号（LFM）的线性时频调制规律，即其模糊度和Wigner－Ville分布（WVD）图象均具有线性峰脊特性，本文利用LFM信号的这一特性，用对其回波的互模糊度函数和WVD进行分析，着重讨论沿着斜脊方向进行后置积累的检测和识别多目标回波的性能，指出WVD后置积累的检测和分辨性能比通用匹配滤波器优越。     

混响背景下低秩矩阵恢复的目标亮点特征提取

有源声呐探测水下目标时,混响干扰增加了从目标回波信号中提取目标亮点特征的难度.依据目标回波与混响在时频域上能量分布的相关性不同,采用自适应核时频分析方法将目标回波信号变换到时频域上进行分析.通过低秩矩阵恢复方法将目标回波与混响分到稀疏矩阵和低秩矩阵中,从而分离目标回波与混响,降低混响对回波信号的干扰.针对稀疏矩阵采用Hough变换提取回波中的亮点峰,得到目标的亮点特征。通过仿真和实验数据证明在较低信混比情况下通过低秩矩阵恢复方法能够在时频域上进一步区分目标回波与混响,达到抑制混响的目的,便于获取目标亮点特征。