脉冲激光成像探测系统回波信号仿真

研究激光脉冲回波信号特性并建立其数学模型,是应用回波信号处理技术处理回波,生成目标三维激光仿真图像的基础.首先建立了激光器发射脉冲信号能量在时间和空间上的分布模型,然后依据成像目标的激光图像仿真模板,采用累加激光脚印各采样区发射脉冲信号与对应目标散射面单位冲激响应卷积值的方法,生成了探测器接收回波仿真信号,最后分析了影响回波信号仿真精度的因素.通过对激光脚印采样区个数的合理设置实现了激光脉冲回波波形的精确仿真.     

一种激光引信成像探测新方法

提出了激光引信环视扫描成像探测新方法,其原理是探测目标表面反射回波,是主动探测方式。该方法成像独特,利用弹目交会过程中的周向扫描和相对高速运动,使目标各部位依次进入和退出探测视场来完成对目标各部位成像探测。通过目标回波功率和图像边缘弱化的计算,获得目标二维形体图像。以后对图像进行处理,识别出目标易损部位并输出弹目交会信息作为引爆控制信号,对战斗部实施定向起爆控制,以精确打击目标。仿真结果表明,该成像探测方法及所建仿真模型是正确有效的。     

被动声呐信号检测技术发展

水声信号检测是被动声呐系统进行目标探测所需的重要支撑技术,信号检测的性能直接影响到被动声呐系统对目标探测的能力。对被动声呐信号检测技术的研究情况进行了梳理,将其归纳为基于时域信息的信号检测技术和基于空域信息的信号检测技术两大类。在分析现有技术不足和应用需求的基础上,指出弱信号、低虚警率和有效利用水声传播信息等是被动声呐信号检测技术可能的发展方向。     

基于PXI的水下目标辐射噪声和信号模拟器

文中以宽带和多目标信号为模型,在虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI下,设计和开发了基于PXI总线的水下目标模拟器。目标模拟器产生24阵元平面水声基阵的接收信号,在实验室里模拟海洋环境下的目标回波、混响和环境噪声,提供测试水声设备所需的各种目标信号。最后给出了该系统在水声自导系统调试和性能测试应用中的结果。     

连续波声呐中的调频信号设计方法及性能分析

相对传统的短时脉冲波主动声呐而言,连续波主动声呐是一种新型体制的声呐设备,允许在扫描周期内发射高占空比的信号,并且在发射信号的同时进行侦听,由此可以对水下目标实现连续照射,消除距离盲区。由于发射和接收机制的不同,连续波主动声呐对发射信号的波形和处理方法也各有差异,一是要考虑到"直达波"抑制问题,二是要在时间带宽积和对目标的照射时间间隔两者之间进行折中。针对上述两个问题,设计了一种在连续波主动声呐中发射的新型脉冲串信号,该类信号由多个相互正交的广义正弦调频信号串组成,以此在频域上消除回波与拷贝信号的相关性;后置处理中对接收回波提供了三种不同的方案,在时间带宽积和照射时间间隔两者之间择优选择最佳检测效果。计算机仿真结果表明:该类信号波形以及相应的处理方法可以有效地抑制直达波干扰并给出目标的速度-距离信息。     

融入频域先验信息压缩感知方法的主动声呐回波信号处理

针对弱信噪比时的水下主动声呐回波信号处理问题,从主动声呐入射信号和目标回波信号的先验信息出发,与压缩感知理论相结合,提出了融入频域先验信息的压缩感知方法（Compressed Sensing based on Fequency Prior Information,CSFPI）。针对主动声呐入射信号,获取其频域先验信息,将其作为“原子”融入信号的稀疏分解过程,构建完备频域先验稀疏矩阵。主动声呐回波信号可以等效为携带目标信息入射信号的线性叠加,将该特性与传统正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）算法结合,形成基于“块”的正交匹配信号重构算法。采用CSFPI方法处理仿真信号来验证理论方法的正确性。进一步,通过主动声呐发射接收装置获取湖上实测数据,用CSFPI方法进行处理。当压缩比为50%、信噪比低至-5 dB时,重构信号的匹配率高于70%。实验结果表明了CSFPI算法在处理低信噪比声呐信号时的有效性。     

探测尾流自导鱼雷主动声呐的波形设计

为了实现对不同速度尾流自导鱼雷的稳定探测,建立尾流自导鱼雷典型弹道模型,对运动平台主动声呐混响和鱼雷目标回波的多普勒特性进行分析。研究结果表明对于探测尾流自导鱼雷的主动声呐来说,当鱼雷速度小于2倍平台速度时目标多普勒较小且不稳定,仅依靠多普勒滤波难以完全避开混响干扰并实现稳定探测。提出使用宽带多普勒敏感信号与CW信号的组合形式来探测尾流自导鱼雷。仿真给出了组合信号的距离、速度分辨力和混响抑制能力,证明了其性能良好。     

数字聚焦超声反射CT成像初步研究

对于单元发，阵接收的模型，采用反射回波的包络作为投影，按滤波后投影算法（ＦＢＰ法）进行重建，得到物体内某一截面的重建像，然后调整接收阵的位置，获取多层截面的投影并重建成像，运用体绘制法（ＶｏｌｕｍｅＲｅｎｄｅｒｉｎｇＩｍａｇｉｎｇ）绘制了三维像，图像效果不好，分辨率不高，针对这一问题，文中应用了电子延迟方法处理接收信号，即对接收阵各阵元接收到的回波号依照散射点相对接收中阵的空间位置关系进行一定时间     

海洋涡旋地震成像的时域有限差分仿真

传统的水声建模方法只考虑水中声波的折射影响,忽略了水层间的声反射,因此不能对反射波地震勘探的海水分层结构成像结果进行分析。文章首先建立了基于时域有限差分的低频宽带脉冲信号传输预报模型,该模型考虑海水分层结构的声反射影响,通过数值求解波动方程计算低频宽带脉冲信号近距离传播过程中的时域波形;其次将某次海上多道地震测量的水文条件作为输入环境参数,计算了近海面地震勘探接收阵所接收的气枪低频脉冲信号时域波形;最后按照反射波地震勘探处理流程,对接收阵信号在共反射点进行相干累加和地震成像,所得到的海水分层结构成像结果与海上多道测量成像结果符合较好。仿真结果验证了水层声反射对海水分层结构反射波地震成像的影响。     

非瑞利混响数据的模糊统计归一化

0引言在主动声呐检测中,海洋混响是声呐目标检测的主要背景干扰,所以近年来浅海混响抑制技术得到了国内外声呐研发人员的广泛关注。大多混响抑制技术对声呐接收信号包络检波前的原始信号进行处理[1]。对于浅海复杂水声环境中的声呐,由于混响的模糊性、水声环境的变化性,以及浅海环境的复杂性,基于原始信号处理技术的     

基于运动平台的海底混响建模与仿真

混响是主动声呐目标检测的主要干扰,混响的建模与仿真对研究水下信号处理具有重要的意义。以海底混响为研究对象,综合考虑发射信号的波形、海底散射体散射特性以及运动平台带来的多普勒频移等影响因素,提出了一种基于运动平台的海底混响仿真方法。该方法同时结合了散射原理与网络模型,具有明确的物理意义,且其仿真实现方法简单高效。最后,通过分析混响仿真信号的瞬时值、包络的概率分布、频谱特性以及时间相关性,验证了该方法对海底混响仿真的有效性。     

水下小目标合成孔径声呐层析成像技术研究

水下小目标精细成像对于正确识别水下目标具有重要意义。目前,多波束成像声呐和条带合成孔径声呐是获取水下小目标图像的主要手段。水下目标的判别主要利用了目标图像的亮点特征,即使是同一目标从不同方位观测时得到的结果也可能差异较大,这给快速识别确认目标带来了困难。为解决该问题,提出了利用圆周合成孔径声呐对水下小目标进行水声层析成像信号处理方法,提高了声呐的多角度融合观测能力。仿真及试验数据处理结果表明,合成孔径声呐层析成像方法能够获得目标外形轮廓精细特征,有利于水下小目标的正确识别。     

一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法

由于光在水中传输时的衰减和散射效应,使得光学成像细节丢失、对比度下降以及颜色偏移失真,导致水下图像雾化。因此在光线条件较为恶劣情况下,水下高性能相机对目标的有效捕捉范围较小,水下光学成像系统通常很难达到令人满意的成像效果。而声呐利用声波在水中传播衰减较小的特点可以进行更远距离的探测。因此,当水下目标距离光学探测设备较远而不能进行准确光学成像来捕捉目标时,可利用声呐采集得到的信息与光学图像进行融合,实现图像增强,提高成像效果。文章提出了一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法,首先对水下光学图像分两步进行预处理,即基于暗通道先验模型的去雾增强和自适应图像增强,再使用声呐信息对水下图像进行局部增强,明显提高水下环境中所要探测目标的对比度与可识别度。     

广义边缘CWD-Hough变换在宽带声成像中的应用

提出了一种基于广义边缘CWD—Hough（GMCWD—Hough）变换的宽带声成像方法。分析了基于时间伸缩-时延的宽带相关声成像的基本模型,介绍了广义边缘CWD—Hough变换。根据目标回波的时频分布特点,该方法基于时间一频率联合分析法,提取信号在时频域的分布特性参数进行时间伸缩时延的声成像。通过设计合理的广义边缘核函数,能有效避免常用的WVD方法产生的交叉项影响,检测性能优于常用的Wigner—ville分布方法。实验结果表明该声成像方法的有效性,不仅适合水声宽带成像,而且对于低信噪比条件下的其它成像方式也具有参考价值。     

分布式MIMO声纳中运动目标参数快速估计

分布式MIMO声纳由于自身的优点而成为当前研究的热点,但常规的目标参数估计方法均存在着一定的缺陷,无法满足分布式MIMO声纳的要求.针对这种情况,本文提出一种适用于分布式多输入多输出(MIMO)声纳中使用单接收阵元的运动目标参数快速估计方法,给出了单接收阵元情况下的信号模型,提出了快速估计方法并给出了流程图,并通过数值...     

改进的Mean Shift算法在前视声呐运动目标跟踪中的应用

多波束前视声呐具有成像速度快、分辨率高的优点,是进行水下目标探测、跟踪和监控的重要设备。针对多波束前视声呐运动目标的跟踪问题,提出了一种改进的MeanShift算法。该算法利用经典的MeanShift算法实现目标的帧间定位,通过基于图像序列的背景消减法实现运动目标分割,根据分割后目标的位置和大小对Mean Shift跟踪框进行更新,并重新建立跟踪模型来迭代实现目标的准确定位和跟踪。实验结果表明,改进后的算法可实现目标跟踪框随目标大小和形状的更新,对目标的定位更加准确。因此,该算法具有应用于水下目标精确跟踪和定位的潜力。     

基于BELLHOP模型的水下多目标跟踪算法研究

针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density, UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BELLHOP射线声学模型,计算出本征声线、目标信号的幅度、相位及时延信息,以此构造目标回波信号并叠加高斯白噪声。然后,由回波信号计算得到目标相对于观测站的距离、方位角和俯仰角信息,作为目标跟踪系统中的量测信息。最后利用提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法,实现高频主动声呐非线性系统的多目标跟踪。仿真结果表明,在深海高频主动声呐条件下,文章提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法较传统高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density, GM-PHD)方法,明显降低了目标丢失率,并且最优子模式指派统计量(Optimal Sub-Patter Assignment, OSPA)距离也更小,跟踪效果更好。     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

免疫粒子滤波在声呐图像目标跟踪中的应用

基于前视声呐图像序列,研究并实现了经免疫算法优化的粒子滤波水下目标跟踪。声呐图像分割成二值图后,提取目标的区域形状特征以构建观测模型,设计目标模板自适应更新方法;将免疫算法的克隆与变异思想引入到粒子滤波中以解决粒子退化问题。对两组水下运动物体的跟踪实验表明,即使目标存在一定形变与干扰,文中的免疫粒子滤波算法仍能以较高的精度跟踪到目标真实运动轨迹;相比于传统粒子滤波算法,稳定性也更强。     

Range-instantaneous Doppler imaging of inverse synthetic aperture sonar

Because the existing range-Doppler algorithm in inverse synthetic aperture sonar (ISAS) is based on target model of uniform motion, it may be invalidated for maneuvering targets due to the time-varying changes of both individual scatter′s Doppler and imaging projection plane. To resolve the problem, a new range-instantaneous Doppler imaging method is proposed for imaging maneuvering targets based on time-frequency analysis. The proposed approach is verified using real underwater acoustic data.