自适应波束形成的本征结构方法

本文提出了一种基于本征结构的新的波束形成方案。这种方案是建立在具有信号本征矢量约束的Owsley的MVDR方法和考虑到统计特性的Schmidt的MUSIC方法基础上的。还给出了实现这种方案的某些考虑,使得这种方案能够在信号匹配、干扰消除、噪声降低、多重信号分辨和角扩展声源到达方向确定等方面提供优良的综合能力。     

关于波束形成

本文综述了时域和频域常规波束形成的算法,指出了其中存在的问题。最后选择了适合需要的频域波束形成法。     

螺旋线阵匹配场三维定位

研究短混合阵声源三维定位方法,将阵设计为双螺旋线阵(DSLA),利用垂直孔径和水平孔径同时估计声源方位、距离和深度.阵的任意两阵元三维坐标均不同,具有复杂的空间取向性.为了提高短DSLA定位的可靠性,采用宽带中频信号进行声源定位.仿真和实验结果表明,利用宽带信号可以进一步提高DSLA定位性能.关于环境失配问题,采用L∞估计器进行解决.仿真结果表明,由于空间取向的复杂性,DSLA较倾斜阵具有更好的源定位性能;在较少环境先验知识的前提下,L∞估计器比MAP估计器和Bartlett估计器具有更好的环境宽容性.     

浅海混响实验数据垂直指向性简正波建模分析

混响是限制主动声纳性能的主要因素之一。人们利用接收阵的指向性来提高信号／混响比。垂直指向性可用于抑制边界混响。本文利用浅海简正波混响模型进行建模分析,通过仿真计算,研究了海底类型、海深、声速梯度对海底混响的影响。仿真结果表明：海底类型对混响影响最为严重;利用实测的平均声速建模的Pekeris信道的预测海底混响与利用实测SSP的预测海底混响相差很小;海深越深,海底混响越小,海深对海底混响的影响介于上述两种因素之间。在仿真分析的基础上,论文主要进行了浅海混响实验数据垂直指向性的建模分析。对东中国海60元垂直阵采集的混响数据进行了波束形成,并对单个水听器和部分波束的混响曲线与浅海混响模型预测数据进行了比较。经初步分析表明,实验数据与模型吻合得较好。     

混响背景下的信号检测

海洋混响是主动声呐检测中主要的背景干扰,它是一种有色干扰噪声,并常被看做是一个非平稳的随机过程,这使得工作在白噪声条件下的最佳匹配滤波检测器的性能在一定程度上受到限制.因此,提出一种次最佳检测器,将混响看成局部平稳,并将接收信号分成许多小块,每小块利用自回归(AR)模型对混响时间序列进行建模,然后利用估计的AR系数构造白化滤波器,对混响进行预白化处理,并将白化后的序列用于匹配滤波检测器.通过计算机仿真和实验数据分析比较未白化与经白化处理的匹配滤波性能,结果表明,次最佳检测器比未白化匹配滤波在检测性能上可提高近3dB.     

未知参量平面正弦波检测的最佳空时谱分析

利用不变性原理推导了未知方差空时白高斯噪声中未知幅度、相位、频率和到达方向的平面正弦波检测（简称“五不知”问题）的最佳不变检测器。由于它包含了未知参量信噪比ρ，因而不能实际实现一致最有力不变检测（UMPIT），但它可用作衡量其它检测器检测性能好坏的性能上限（UMPIb）。接着推导出两种可实现的近似最佳检测器：广义似然比检测（GLRT）及局部最有力不变检测（LMPIT）。GLRT在大信噪比下性能接近UMPIb，而LMPIT则在小信噪比下性能接近UMPIb。导出的三种检测器都是空时周期图的某种形式。最后通过仿真验证了推导出来的结论。     

浅海沉底小目标时的反探测研究

在浅水波导环境下,时反处理利用声场的时反聚焦特性,基于收发合置阵,将接收信号在时间上反转后,再向介质中发射回去,时反信号能量会在目标处聚焦,同时使混响降低.在接收增强的目标回波信号之后,通过多路径补偿波束形成,继续提高信混比.再将波束形成的输出与发射信号的拷贝进行相关处理,以其输出作为检验统计量进行目标检测判决,并根据到达信号的时间延迟对目标行距离进行估计.在湖上实验中,通过比较BS发射和TR发射两种情况下的混响和目标处的入射能量,发现时反处理具有抑制混响、提高信混比的能力.在实验室波导中,利用时反处理的优点进行了沉底小目标探测实验.波导实验结果表明,主动时反探测系统不仅能够有效地检测到沉底小目标,而且可以对目标进行测距.     

水声信号处理的模式识别方法——Ⅱ 实验研究

本文在前文理论的指导下,着重论述模式识别中基本和重要的模板匹配和聚合分析原理用于水声信号处理的实验研究。 通过计算机模拟和湖上试验.研究了旨在改善检测和定位能力的特征波束形成和模域的波束形成,进而研究了将属于非数值程序的模式识别用于多路径环境下的定位和跟踪的可能性。最后,给出了用神经网络解决典型分类问题的计算机模拟和实验结果。     

频域波束形成中输出时间响应的重建

本文从两方面详细研究了频域波束形成问题,一是波束输出连续时间序列的重建和DFT引起的传感器数据循环扩展所导致的误差的减小,二是每个频率最大波束响应方向的对齐。文中揭示了频域波束形成的实质,从而指出它除了具有自身的特殊功能外与时域波束形成的等效性。