第一讲 进入21世纪的声纳技术

海洋开发和反潜战的需求是推动声纳技术开发的巨大动力.水声物理、水声信号处理及相关学科的发展又促使声纳设计日趋完善.文章介绍了声纳技术在进入21世纪时所面临的机遇和挑战, 水声信号处理领域近期研究的热点问题以及声纳系统设计中的技术创新课题.     

自适应波束成形中稳态特性的研究

本文给出按LMS准则设计的自适应系统达到稳态时,系统指向性的一般表达式.作为信号和干扰之间的广义夹角的函数,提出计算主瓣宽度、干扰方向零点深度和极限分辨力的方法.指出在一般情况下,指向性极大值对信号方向的偏离值.各种情况下都给出数值计算的例子.     

自适应阵信号分离理论

本文叙述自适应阵信号处理的一个新的应用领域,信号分离理论。对于一个具有N个基元的接收阵系统,如果有M个在空间上彼此分离的入射信号,M≤N。那么对接收信号经适当处理之后可以被完全分离开来,即在系统的输出通道中,每一通道只包含一个入射信号。对于窄带信号,我们用Hilbert变换得出其正交分量,然后构成预包络信号。用自适应阵确定入射信号的方向,给出信号的复的指向角矩阵 G ,用分块矩阵的方法,建立复矩阵 G 和它的实导出矩阵 G ₀之间的一一对应关系间接地求出 G ^-1。利用 G ^-1对输入信号实行线性变换,再将预包络解调,就可以在输出通道中将信号分离,对于宽带信号可以采用差频或DFT分析的方法得到信号分离的结果。本文中给出一个为DFT分析而导出的谱线跟踪公式,同时给出了按本文理论所设计的系统的方框图。在数字计算机上进行的系统模拟实验表明,信号分离的方法是可行的,效果是好的。文中给出了部分图表。     

声纳信号宽容性检测指数的初步分析

自上世纪六十年代以来,信号的宽容性(Robust,Robustness)处理就开始在统计数学与信号处理领域受到关注。由于声纳使用的水声环境的特殊复杂性,从事声纳信号处理和声纳设计的学者对环境适应性处理和宽容性水声信号处理开展了大量的研究。主要的目的是探索水声环境效应以及对声纳信号处理的影响,企图寻求一种适应环境的宽容性信号处理方法。本文初步探讨水声信号处理领域宽容性检测的基本概念,给出一种度量宽容性性能的数量指标。同时推导在不同声速剖面下声纳检测宽容性指标和所使用频率的关系。对文中所提出的理论方法与国内外实际海试的某些实例进行了分析比较。     

一种基于功率谱特征参量的水中目标辐射噪声非母板匹配分类识别方法

本文阐述了一种非母板匹配的水中目标辐射噪声分类识别的思想、技术路线及算法的计算机实现关键技术。该算法基于提取水中目标辐射噪声信号功率谱中的最强谱带位置、线谱位置、线谱根数、线谱平均间隔等特征参量，通过特定处理后，直接给出识别结果，不需要附带庞大数据库。经试验验证，该技术突破了传统的母板匹配目标识别的算法思想，能够适用于复杂海况，做到宽容性匹配。识别效率高，识别率达到试验预期要求。     

两种数据融合方法在一个目标识别问题上的应用

本文将贝叶斯模型和TBM模型这两种数据融合方法分别应用于一个水下目标识别问题，并对应用效果进行了分析比较。     

基于声矢量传感器的分布式定位系统在水下宽带声源定位中的应用

提出了基于声矢量传感器的分布式浮标网络定位系统,研究了不同应用背景下单个声矢量传感器的测向算法,推导了目标DOA估计的Cramer-Rao界,给出了分层海水介质中多个声矢量传感器的几何定位算法。数值仿真结果表明:(1)系统的定位性能强烈依赖于接收信噪比;(2)该系统适用于单一强声源的定位。     

数字式声纳多波束显示系统方位历程显示技术研究

数字式声纳的多波束显示是检测目标的重要手段。方位一历程显示是检测微弱信号的有效技术。本文给出了这种利用迹迹相关原理显示方法的理论说明，推导声纳多波束系统输出和输入信噪比的关系。把方位历程显示和传统的方位幅度显示作了比较。理论与实验结果表明，对于弱信号检测，高灰度级的方位历程显示与方位幅度显示比较，有5—7dB的性能改善。     

单声线水声MIMO信道容量的研究

本文对水声MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)信道容量受收发阵元数目、间距,收发阵位置、方向,平均接收信噪比以及声速剖面的斜率的影响,在收发阵元之间只存一条声线的情况下,通过WKB近似进行了初步的研究。从计算结果可以看出,当收发阵元对之间只存在一条声线时,阵元间距会对MIMO信道容量产生重要影响:当收发阵元间距足够大时, MIMO系统的信道容量将随着接收信噪比和收发阵元数线性增加,一个m×m的MIMO系统的信道容量将为相应的 SISO(Single-Input-Single-Output)系统的m倍,收发阵的方向也会对MIMO系统信道容量产生较大的影响,另外,收发阵的深度、距离也会对水声MIMO信道容量产生影响,声速剖面的斜率在一般水声信道的声速变化范围内,对信道容量的影响不大。     

时间压缩式相关器/延迟线IC设计

相关器、延迟线在信号处理领域中有着非常广泛的应用.但到目前为止尚没有看到这类集成电路 的报道.依据[1]文提及的新型时间压缩式相关器,本文给出了通用相关器/延迟线的专用集成电路设计,该集成电路(IC)可以完成极性相关和多比特相关、同时还可以作为延迟线应用,可构成768级以下任意长延时,在8kHz采样频率下单片IC最大延时可达96ms.此IC可以多片应用,满足不同场合的应用要求.