连续波主动声呐的直达波抑制处理方法研究*

针对连续波主动声呐面临的强直达波干扰掩蔽目标回波的问题,该文在双基地配置已知的前提下,提出基于声屏蔽和常规方向零陷的联合抑制方法。即在精确的发射点声屏蔽的基础上,利用常规方向零陷技术减少声源附近方位的能量影响,从而达到更好地消除强直达波干扰的目的。仿真结果表明,在极低的信干比条件下,联合抑制方法比声屏蔽方法、常规方向零陷方法具有更好的干扰抑制性能。该方法可以有效减少连续波主动声呐的直达波的影响,在时间-距离模糊度图上得到清晰的目标位置。     

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。     

采用典型相关分析实现主动声纳直达波干扰抑制

海上多舰船编队作战条件下,来自于友舰的直达波干扰强度往往远大于期望目标回波的强度,使得主动声纳的目标探测性能大大降低。设计互相关性较小的发射信号虽然能够降低干信比,但是所获得的增益有限,而且限制了发射信号的选择空间。本文研究了一种基于信号结构特性的典型相关分析算法,大大降低了能量对于检测结果的影响。基于仿真结果进行了算法的可行性分析,结果表明它具有优秀的抗同频干扰能力。     

基于矢量水听器的深海直达波区域声传播特性及其应用

对于深海近水面声源产生的声场, 处于较大深度处的接收器在一定水平距离范围内能接收到直达波. 2014年在某深海海域进行的水声考察实验中, 应用深度为140 m的拖曳声源发射实验信号, 布放在水下3146 m深处的矢量水听器成功地接收到了直达波信号. 本文应用射线理论, 分析了深海直达波区域声场的传播特性, 得出了水平振速与垂直振速的传播损失与声线到达接收点处的掠射角以及收发水平距离之间的关系. 在以上分析的基础上, 提出了一种利用水平振速与垂直振速的能量差估计声源距离的方法, 并结合2014年实验数据对实验中两条航线上8 km范围内的目标声源进行了测距, 测距结果与目标的GPS数据符合得较好.     

基于最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法

本文提出了基于最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法。给出了算法的原理，并通过数值仿真，对不同条件下，双基地系统定位误差的几何分布进行了研究。仿真研究结果表明，采用最佳线性数据融合的双基地声呐定位优化算法，可以更好地利用双基地声呐测量的冗余信息，有效改善双基地声呐中基线区域的定位精度。     

主动声呐信息过程的实验研究——声呐信号综合分析仪在信道研究和声呐设计中的应用

本文介绍声呐信号综合分析仪(简称SZY)在主动声呐信道特性的实时测量和声呐设计中的应用原理和方法,并给出部分实验结果.内容包括:1.声呐信号分析:相关、模糊度和谱以及随机数据的统计测量;2.主动声呐信道(水声传输信道、目标散射和混响)特性的测量:时变谱和时变相关、时空相干性和散射函数;3.声呐检测和最佳设计:定位、跟踪、波形设计和信道匹配.     

利用定位估计的克拉美罗下界进行双基地声呐系统最优化配置

为了研究双基地声呐系统最优化配置问题,建立了双基地声呐系统优化配置模型。以优化配置模型为基础,通过计算定位精度的克拉美罗下界,得到了不同分置角状态下的双基地声呐定位精度,并且仿真分析了系统计时误差和测角误差对定位精度的影响。当以目标为圆心,收发声呐在相同的半径上布站时,定位精度的仿真实验结果表明,分置角为2π/3时系统定位精度最高,该研究对双/多基地声呐系统最优化配置具有一定的参考意义。     

改进正则化正交匹配追踪波达方向估计方法

针对稀疏阵列模型下匹配追踪波达方向估计方法稳定性不足的问题,提出了改进的正则化正交匹配追踪波达方向估计方法——TROMPDOA(T-transform Regularized Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation).仿真表明,TROMPDOA方法在计算复杂度上与原有正交匹配追踪波达方向估计方法OMPDOA(Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation)相近,但在估计稳定性上要优于OMPDOA方法,特别是在低信噪比及信号源之间的角度较近时,TROMPDOA方法比OMPDOA方法稳定性提高1倍.实验验证了TROMPDOA方法适用于单元和多元目标估计,估计精度达到1.5°.     

采用混响杂波比估计的有源声呐波形杂波抑制性能评价方法

浅海混响中由礁石等强散射体引起的杂波会导致有源声呐虚警、检测性能降低,合理的波形设计可有效抑制此类杂波。虽然使用多普勒敏感波形或减小波形多普勒容限已被证明能够有效抑制杂波,然而只有对当前波形的杂波抑制性能进行量化评价,才能判断当前波形的杂波抑制效果优劣,进而帮助决策是否需调整发射波形,而目前尚缺乏波形杂波抑制性能评价方法的提出。首先通过建模阐述了波形抑制杂波的原理,然后针对波形抑制杂波的性能评价问题,提出了采用混合分布统计模型对混响进行拟合及杂波比估计的方法,最后,通过湖试实验验证了该方法能够有效评价波形的杂波抑制性能。提出的方法利用混响统计特征的参数估计来反映和评价当前波形的性能,对波形体制选择和参数设计具有指导意义。     

基于成像声呐DIDSON的水域内鱼群数量估计方法*

为准确估计整片水域中的鱼群数量,提出一种利用成像声呐进行数量估计的方法。将成像声呐固定在调查船下,并使波束发射方向与船前进方向一致,通过走航调查方式采集水下信息,对采集的数据进行声呐图像构建、噪声去除、目标提取,其中噪声去除采用固定数据窗口的迭代最小二乘法,目标提取采用基于三倍标准差准则的阈值分割法。接着利用扩展卡尔曼滤波结合最近邻的多目标跟踪算法对图像中的个体目标进行一一计数,同时统计声呐扫描过的水域面积,获得目标个数的平均面密度值,最后结合水域占地面积,估算出整片水域中的鱼群数量。利用该方法实现对滴水湖鱼群数量的估计,通过与人工计数结果比较,发现基于声呐图像处理的数量统计方法具有较高精度,两者的统计值相差约10%。     

改进的正交匹配追踪的语音增强算法*

为了提高传统正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP ）算法的语音增强性能和运算速度,本研究基于稀疏编码理论,提出了一种改进的OMP算法的语音增强算法。其一,将K-奇异值分解（K-singular value decomposition,K-SVD）算法与OMP算法相结合,通过设置能量阈值的方法,提高OMP算法的语音增强性能;其二,通过改进传统OMP算法中信号稀疏逼近的计算方法,提高算法的运算速度。改进的OMP算法的语音增强算法与传统K-SVD语音增强算法相比,采用PESQ评价增强语音的质量,NCM评价语音的可懂度。在NCM的值基本保持不变的情况下,PESQ的值平均提高约12.47%,取得了更好的增强效果。取得了更好的增强效果。改进的OMP算法的运算速度与传统OMP算法相比提高近一倍。     

最优路径搜索压缩感知水声通信信道估计

将信号恢复中最优路径搜索的A*正交匹配追踪(A*Orthogonal Matching Pursuit,A*OMP)伪贪婪算法引入到水声通信信道估计中,可以有效改善正交匹配追踪(OMP)算法容易陷入局部最优的问题,并提出了一种改进型的A*OMP水声信道估计算法。改进了路径初始化方式,同时为了避免过多迭代引起的未知误差,将前后两次迭代残差之差作为停止准则。在正交频分复用(OFDM)通信体制下,对OMP、A*OMP和本文改进方法的估计误差和误比特率进行了仿真对比,随着信噪比的增加,改进方法未出现误差平台,且受导频间隔影响较小。仿真结果表明相对于OMP算法和传统A*OMP算法,在高信噪比下改进方法的估计误差分别降低约2和1个数量级,海试数据结果验证了改进方法的可行性,其误比特率分别平均降低42.0%和4.7%。     

基于改进动态规划的主动声纳序列图像检测方法

动态规划是序列图像小目标检测的常用方法,该方法假设各帧图像间目标转移过程为马尔可夫过程,将能量累积计算量由原本的按图像帧数幂指数增长变为成倍增长,大大减小了计算量,使计算目标多帧累积能量变为可能。为了提高算法检测能力,该文根据动态规划算法原理及惩罚函数特点对算法进行了改进,使原本的二阶规划过程变为三阶,使指标函数更加有效地累积,有效提高了相同虚警概率下的检测概率。还利用该算法设计了主动声纳序列图像检测过程,并进行了仿真,验证了算法的有效性。     

MIMO声呐的双尺度旋转不变子空间波达方向估计

为了提高单基地多输入多输出(MIMO)声呐阵列的波达方向估计性能,提出了双尺度旋转不变子空间(DR-ESPRIT)算法.结合MIMO阵列虚拟阵列的结构特征,首先利用ESPRIT算法通过各条虚拟线阵内、基线间距不大于半波长的子阵间的旋转不变关系得到无模糊的粗估计结果,之后利用虚拟线阵间、基线较长的子阵间的旋转不变关系得到...     

利用目标信道特性约束的信道匹配检测算法

浅海有源声呐的探测性能主要受到多途扩展以及混响干扰的影响。为了提高声呐系统的检测性能,根据双扩展信道匹配原理,结合混响信道与声呐目标信道特点,提出了一种基于回波特性约束的信道匹配检测算法。该算法通过最小二乘匹配追踪算法估计信道稀疏响应,并根据混响和目标信道的扩展差异,通过约束目标信道扩展对稀疏信道响应去冗余,得到更精确的目标回波信道响应。利用该信道响应进行信道匹配检测,可以进一步提高信混比处理增益。数值仿真结果表明所提算法可以有效汇集多途信号能量并抑制混响干扰,提高声呐系统的检测性能;海试数据处理结果显示,在试验信道条件下,所提算法处理结果的峰值信混比,与匹配滤波相比提升约7~12 dB,与传统自适应相关器相比提升约6~7 dB。     

基于Markov随机场的新型景像匹配算法

为了提高景像匹配导航系统的定位精度,给出了一种基于Markov随机场理论和极大后验概率估计的新型景像匹配算法。考虑到在x方向和y方向位置偏差的实时图与基准图之间的灰度分布关系,利用图像上的灰度分布服从Markvov随机场分布这一特性,建立了景像匹配问题的条件概率分布模型。应用最小二乘法和噪声的先验统计信息估计位置偏差的方差,给出了描述基准图与实时图之间灰度偏差的测量模型,确定了测量的统计特性。基于极大后验概率估计准则计算了位置偏差的估值。由于新算法在计算位置偏差估值时用到了被估量和噪声的统计信息,因此具有很高的精度。将该算法与最小二乘景像匹配算法进行了仿真比较。仿真结果表明,新算法的匹配精度达到了0.1~0.2像素,高于最小二乘匹配算法的匹配精度。     

基于LMS/SOLMS算法的时变多径水声信道估计方法

缓变信道下基于LMS算法的信道估计算法具有较好的跟踪性能,但对快变信道,LMS算法跟踪性能下降。SOLMS算法具有比LMS算法更好的跟踪性能,尤其是在快变的信道下。但由于SOLMS算法在收敛阶段的振荡性,这时收敛速度较LMS算法慢。本文提出一种收敛模式下用LMS算法获得信道的参数,收敛后则切换成SOLMS算法跟踪信道的变化的信道估计方法。新方法结合了LMS算法收敛快和SOLMS算法跟踪性能好的优点。对时变多径水声信道估计的计算机仿真实验证明了该方法的有效性。     

基于状态估计的混沌直扩信号联合均衡与解调

针对混沌直接序列扩频信号(以下称混沌直扩信号)通过非理想信道,利用信道和混沌直扩信号的状态方程及其均衡和解调的关联性,提出一种基于状态估计的联合均衡与解调算法.算法采用多扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)结构,一边对信道均衡,一边估计二进制信息码,二者互为因果,同时进行,不仅可以有效克服非理想信道所带来的多径信道畸变、加性噪声等对信号的影响,还可将掩藏在混沌直扩信号中的原始二进制信息码解调出来,比均衡和解调分离的做法更有效地利用信息,有更好的实时性.仿真结果表明,所提出的算法收敛速度快,能在信道特性未知情况下较好地抵御多径效应和噪声影响,实现了混沌直扩信号在非理想信道条件下的有效可靠传输. 关键词： 混沌直扩通信 非理想信道 联合均衡与解调算法 扩展卡尔曼滤波