一种浅海双基地声呐混响功率谱建模方法

在单基地声呐接收信号匹配滤波器后的混响功率谱模型基础上,结合海底全向散射系数模型和双基地声呐信号传播的几何关系,给出了一种计算浅海双基地声呐接收信号匹配滤波后的混响功率谱分布的方法。     

舰载声呐与航空吊放声呐协同双基地搜索范围研究

针对舰载声呐与航空吊放声呐构成的异类传感器双基地工作问题,建立了基于声呐方程的海洋环境噪声背景下双基地搜索范围模型。在舰载声呐与航空吊放声呐双基地协同工作系统中,舰载声呐发射探测信号,舰载声呐和航空吊放声呐均接收水下目标回波信号。根据能量关系建立了扩展面积、扩展距离、等效半径模型,定量分析了声源级、基线长度等因素对系统搜索范围的影响。仿真结果表明,当舰载声呐声源级相对于吊放声呐声源级足够大时,协同双基地工作模式在较大的基线长度范围内不仅在搜索范围上优于舰载声呐和吊放声呐均独立工作时的单基地联合搜潜,而且在搜索宽度上也有优势。     

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。     

基于波达时间的多基地声呐定位算法

根据双（多）基地声呐系统结构的特点，给出了针对不同的条件因素，给出了适合该条件下的目标定位算法。经分析，距离．角度定位法、角度．角度定位法适用于任意系统配置，而双曲线定位法仅适用于复合双基地系统和多基地系统。     

基于物理散射的单基地海底混响建模与仿真分析

分析了海底混响包络非瑞利化的原因,将基于物理过程的K分布混响模型和Jackson海底散射模型相结合,建立了基于物理散射的单基地海底混响仿真模型。将海底混响统计特性与声呐波束宽度、带宽、频率、掠射角等系统参数和散射体尺寸、散射强度、分布密度等环境参数联系起来,同时兼顾了海底混响的统计特性和物理形成机制,仿真结果验证了模型的有效性。     

双基地声呐接收站散射波低截获技术

双基地声呐的接收站因散射主动信号存在暴露的风险,对此提出了基于发射声屏蔽的双基地声呐低截获技术。发射站采用垂直发射阵,利用屏蔽权对原始信号进行预处理,获得的低截获信号在接收站处被自动抵消,从而降低接收站散射信号的能量。仿真结果表明,发射声屏蔽技术能有效增加接收站散射信号到达目标处的能量衰减,而对到达接收站处的待测目标散射信号则无较大影响。该方法突破了以往低截获技术只是改变信号能量时频域分布的局限(在信号处理层面),利用多途结构真实降低了被截获信号能量(在物理层面),并适用于多种信号形式。     

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。     

边界元方法分析收发分置Benchmark潜艇低频目标强度

收发分置的潜艇目标强度对于双基地声呐和多基地声呐的探测性能具有重要的意义。采用快速多极边界元方法分析了收发分置情况下刚硬边界Benchmark潜艇低频目标强度。结果表明,潜艇的目标强度随频率、发射角和接收角的变化而变化。频率越高,潜艇的目标强度变化越复杂。此外,当入射方向和散射方向关于正横方向对称时,潜艇的目标强度取得极大值,并且在正向散射处亦出现极大值。进一步分析了潜艇收发分置目标强度对探测的影响。结果表明,目标潜艇在不同的情况下目标强度不同,在文中的计算频率处,分置角较大时目标强度更有可能取得较大值。     

利用多普勒信息判断单线阵低速目标左右舷的方法研究

采用常规单线拖曳阵列作为双基地主动声呐的接收平台时,会存在左右舷模糊。常规左右舷判决方法需要声呐探测平台进行转弯等复杂机动,目标定位与跟踪的实时性和连续性难以保证。文章对利用回波多普勒效应实时判断低速目标左右舷的方法进行了研究,给出了目标低速运动的条件,并分析了多普勒响应可分辨特性与声呐平台位置、运动状态的关系。通过仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。海试数据处理结果表明,声源船仅具漂流速度时即可通过回波多普勒信息有效判别静止浮台目标的左右舷。该方法可以作为双基地主动声呐探测与定位系统中的辅助手段。     

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。     

一种高精度水下成像声呐性能实验研究

多波束测深声呐作为一种用于水下成像的声呐,已经成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一,所介绍的多波束合成孔径声呐是结合了合成孔径声呐技术和多波束测深技术的一种新型成像声呐,可以更好地满足水下地形地貌的探测需求。基于多波束合成孔径声呐理论,构建该声呐模型系统进行相关实验验证。实验中将直径13 cm的空心双球分置于基阵单侧入水,发射信号是中心频率为180 k Hz,脉宽为1 ms,带宽为8 k Hz的线性调频信号,在航迹向的不同采样位置以无指向性的声源对其进行照射,经过合成孔经处理得到高精度的多波束合成孔径声呐图像,通过与多波束测深声呐及侧扫合成孔径声呐的成像结果进行对比,验证了多波束SAS成像理论的有效性和正确性,并在此基础上分析多波束合成孔径声呐的优缺点,为进一步研究提供参考依据。     

薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

海底声学探测与底质识别技术的新进展

文章介绍了海底声学探测与底质识别技术的现状及最新进展.重点介绍线性调频声呐(CHIRP)技术和非线性调频声呐技术(参量阵声呐)在海底沉积层结构、海底地形地貌探测及其在海底沉积物的底质属性分类识别方面的应用.并简要介绍国内外在线性和非线性调频声呐技术及用于沉积物属性识别方面的最新专利技术或最新进展.     

双基地声纳矢量传感器直达波抑制技术

针对双基地声纳系统应用中存在直达声波干扰的问题,提出了矢量双基地声纳的概念。将矢量传感器的自然指向性以及指向性锐化思想引入双基地声纳系统。以单矢量传感器作为双基地声纳接收基地,利用电子波束旋转扫描技术,将指向性零点对准发射基地,完成了声源强干扰屏蔽下的目标探测。水池试验与湖上试验结果表明,单矢量传感器配合自体姿态信息,可完成对强声源干扰的抑制。此研究工作为矢量双基地声纳系统设计奠定了理论与试验基础。     

海底声学探测与底质识别技术的新进展

文章介绍了海底声学探测与底质识别技术的现状及最新进展。重点介绍线性调频声呐（CHIRP）技术和非线性调频声呐技术（参量阵声呐）在海底沉积层结构、海底地形地貌探测及其在海底沉积物的底质属性分类识别方面的应用。并简要介绍国内外在线性和非线性调频声呐技术及用于沉积物属性识别方面的最新专利技术或最新进展。     

小斜率近似方法分析粗糙界面声散射问题

利用小斜率近似方法计算了起伏海面的声散射特性,得到了具有高斯分布粗糙海面的平均反射系数（即镜反射系数）计算公式,并与微扰法和Kirchhoff近似做了比较,结果表明小斜率近似是一种非常有效的分析起伏表面散射特性的近似方法。最后讨论了海面镜反射系数随海面的不平整度（波浪的均方根高度）、声波频率和声波入射方向的变化关系,得出了只有在声波波长和起伏波浪高度可比拟时,才有明显的镜反射的结论。这为分析浅海目标声散射特性时,选择是否需要考虑海面（海底）所引起的多途效应提供了理论依据。     

南海深海混响的测量

我们在南海深海（海深３６００）进行了混响强度的测量。使用炸药量为１公斤的定深爆炸源，以悬挂在不同深度上的无方向性水听器接收混响信号。本文给出了声源和接收器深度约为４５０米、２００米、１００米时的典型深海混响波形结构。从近程混响中可区分出体积、海面和海底混响，由此能估算出海面和海底的散射强度以及深海散射层的层强。文中给出了频率为５００赫至１６千赫范围内的海面散射强度与掠角的关系（掠角范围为９度至４４度）以及频率为５００赫至８千赫范围内的海底散射强度与掠角的关系（掠角范围为３５度至７５度）不同频段的散射强度的角度依赖关系有明显的差别，这与具体界面散射的机理有关。     

相关测速声呐海底回波仿真系统设计

相关测速声呐通过对回波数据的空间相关函数与空间相关函数理论公式进行模型匹配来获得载体速度等信息。回波空间相关函数的主瓣宽度影响载体的速度估计及精度。因此对海底回波空间相关函数特性的研究就显得尤为重要。依据相关测速声呐的工作特点,提出了采用Model-View-Controller(MVC)模式构建相关测速声呐海底回波仿真系统的设计方法,并基于VC 6.0软件开发平台将其实现。建立了友好的系统可视化仿真界面,为回波空间相关函数特性的研究提供了便利的平台。     

分舱段圆柱壳声散射数值和试验研究

基于有限元方法建立了填充不同介质的有限长分舱段圆柱壳声散射数值计算模型,仿真了填充空气-空气、空气-水、水-水三类两舱段圆柱壳声散射特性,并完成了三类两舱段圆柱壳体声散射试验,获取和分析了两舱段圆柱壳体声散射的时间角度谱和频率角度谱特性。利用物理声学方法分析了壳体表面、端面以及内部填充水介质对散射声场的影响,揭示了两舱段圆柱壳声散射频率角度谱中呈现的干涉条纹特征形成机理,为水下分舱段目标,如水下无人航行器的主动声呐探测和识别提供理论支撑。     

双基地航空搜潜建模与仿真

根据双基地航空搜潜的特点,在对双基地条件下航空搜潜的搜潜距离及误差、目标强度、传播损失等模型及估算方法进行研究的基础上,建立了双基地航空搜潜条件下的搜潜距离和搜潜范围模型,确定了有效搜潜范围与发射声源级、环境噪声、接收指向性指数、检测阈值、声源与接收器的相对距离、目标方位等的关系,仿真分析了发射频率、双基地之间距离对搜潜距离和搜潜范围的影响,测向角对搜潜范围的影响等,获得了有益的结果,为航空搜潜训练提供了理论依据.