基于时反选择性聚焦的信混比增强方法

将时反选择性聚焦方法应用于浅海波导中的信混比增强,提出了一种基于时反选择性聚焦的信混比增强方法。在没有探测声源的条件下,通过对返回的回波信号进行时反算子分解获得时反阵与目标及海底散射体之间的传输函数信息,取一个与目标对应的特征向量作为时反阵的激励权向量,可以实现声场在目标处的选择性聚焦,并抑制相应距离上的海底混响,从而增强回波信混比。该处理方法解决了直接时反处理需要探测声源和混响零点设置方法在海底处设置混响零点的同时也会在目标位置设置零点的问题。利用典型浅海波导环境,进行了计算机仿真实验．验证了该方法的有效性。     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

提高信混比的模空间滤波方法研究

基于混响和目标回波的简正波模型，通过仿真分析，比较了混响场和目标散射场的模空间差异性。研究结果表明：在模空间，混响的能量集中在高阶模，即混响有“高通”趋势-通过模空间滤波的方法．有望提高信混比。     

浅海波导中时间反转处理增强信混比能力的仿真分析

针对典型的浅海波导环境,通过计算机仿真研究了目标位于波导中间深度条件下时间反转处理增强信混比的能力以及目标深度的变化对信混比增强能力的影响。对时间反转处理和一般均匀传输产生的目标回波和海底混响强度进行了定量比较。结果表明,在仿真条件下,目标位于波导中间深度时,与一般的均匀传输相比,时间反转处理获得的目标照射强度高10dB～15dB,而相应的海底混响却低了10dB左右,这验证了时间反转处理有效增强信混比的能力,而目标靠近海面或海底时,时间反转处理的海底混响抑制能力有所减弱,当目标位于海底时,由于时间反转聚焦,该距离上将出现一个海底混响峰值。     

三维浅海简正波混响模型

推导了浅海简正波混响模型,模型计算了从声源到浅海水底散射域声波能量的传播及其反射过程。在散射域,考虑了复本征值,有效的简正波对入射波和混响强度的影响。并且将简正波分解为上行波和下行波,利用下行波和Lambert散射定律,计算海底散射后接收的混响强度,其结果与收发同置的水听器接收数据一致。所得出的混响强度模型,物理意义清楚,形式简单,具有较强的普遍适用性。     

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。     

深海波导中目标低频声散射特性研究

针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1 400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4 900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。     

浅海波数积分混响研究

1引言 浅海混响一直是近年来水声研究的一个活跃而有意义的研究领域.到目前为止已经有多种理论模型,如Ellis[1]的浅海简正波混响模型;Smith[2]和Co1lins[3]各自的抛物方程混响模型;Schmidt[4]的波数积分混响模型等.对于比较平静的海面或负梯度声速剖面,在估算浅海混响强度时往往只需要考虑海底散射而忽略海面和体积散射的影响[5],故本文在浅海混响建模时仅考虑了海底界面混响.Schmidt领导的研究小组利用全波动散射模型研究混响的统计特性,对混响的能量衰减特性研究相对较少.本文从一个十分简单的方式对浅海混响能量衰减进行研究,即利用波数积分方法计算声波从发射换能器到散射体和从散射体到接收水听器的传播,同时采用经验散射函数来描述海底界面散射特性,然后给出混响强度随时间的变化关系;最后给出了数值计算结果,并与实验数据做了比较.     

时间—频率—空间广义相干函数和广义散射函数

散射函数的概念通常用来描述表征随机介质传播过程中信号畸变的时间-频率扩展。水声信道的随机特征是由界面(海面和海底)的不平整性、影响声速的海水不均匀性以及大量声线或简正波之间的干涉(特别是在浅海)造成的。     

浅海水平线阵接收海底混响序列仿真

混响序列仿真作为海上实验的替代手段,可为声呐设计及抗混响技术研究提供数据支撑。借助简正波理论研究海底散射声场,将海底散射场视为海洋传输网络形成的传递函数,在此基础上将海底散射微元按方位角均匀划分,依据阵元间的相位关系给出了水平线阵接收海底混响序列的仿真方法。以负梯度浅海环境为例进行了混响仿真,并对仿真序列的频谱特征、统计特征、空间相关特征进行了验证,结果表明该方法获得的混响序列特性与理论预测相符,可以为抗混响技术研究提供参考。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法。首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰。声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采用Radon恒虚警率(Radon Constant False Alarm Rate,Radon-CFAR)检测声呐历程累积图像中的目标短时运动轨迹,能够检测到低信噪比的目标。分析了空时归一化处理和检测算法的性能,并通过海试数据验证了该算法的有效性,可以检测到低信噪比的蛙人目标回波。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法.首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰.声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采...     

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。     

双基地海底散射建模与仿真分析

海底的声散射是产生浅海混响的主要原因之一。采用小斜率近似方法研究了粗糙液-液分界面的海底散射问题,通过一个统一的方法实现微扰近似和Kirchhoff近似的无缝衔接且不受表面高度均方根条件限制。类比APL-UW模型,利用最低阶小斜率近似求解粗糙海底界面散射截面,并结合Jackson等人的海底沉积层体积散射截面表达式,建立了一个计算双基地海底散射强度的＂小斜率-体积＂模型。针对几种典型的海底类型进行了数值仿真与性能分析,并将数值预报结果与APL-UW模型进行了对比。结果表明,小斜率-体积模型在整个角度范围内较为准确,并且与APL-UW模型的预报结果吻合程度较高,两者散射强度差值小于2 dB。     

不同底质海底窄带混响信号空间相关半径研究

海底混响是主动声呐的主要干扰之一,分析海底混响信号的空间相关特性是抗海底混响技术研究的基础。本文依据混响信号的空间相关特性,从理论上解释海底混响信号空间相关半径的定义,利用实验数据研究了在不同海底底质情况下混响信号空间相关半径变化规律以及不同底质混响信号强度的变化。研究表明不均匀海底底质情况下,散射体颗粒增大,混响信号空间相关半径减小且底质较硬时混响信号较强。     

混响背景下预白化信号检测

在浅海环境中主动声纳匹配滤波器性能下降的一个重要原因是混响问题,因为混响同样是由发射信号引起的,与发射信号有很强的相关性。预白化抗混响算法是将混响看成局部平稳的有色高斯随机过程,采用AR模型对混响进行建摸,利用AR模型系数对原始数据进行“白化”处理,然后利用修正后的发射信号做拷贝信号进行匹配滤波。预白化处理能够有效抑制混响干扰,降低虚警,提高对运动小目标的探测能力。仿真和湖试数据处理结果验证了该方法的有效性。     

非高斯混响背景下一种自适应CFAR检测器的研究

在浅海波导中混响是主动声纳系统的主要干扰,为了抑制混响,通常采用宽带发射信号和大孔径发射、接收阵。这两种方法都减小了混响的分辨单元．因此经波束形成和匹配滤波后提高了信混比。然而这也带来了负面影响,即分辨单元内混响包络的分布偏离了传统假设的瑞利分布,出现了高尾的非瑞利分布,导致匹配滤波器虚警概率提高。为了得到恒虚警检测器,需要对混响进行更精确的建模。通过理论和实际数据分析表明,利用多变量椭圆轮廓分布可以很好的建模浅海混响的统计特性。在混响建模为多变量椭圆轮廓分布模型的基础上,利用GLRT理论可以得到一种自适应CFAR检测器,通过实验数据分析,自适应CFAR检测器较之常规匹配滤波器,其信混比（SRR）可提高3dB。