一个在微机上应用的声呐线阵设计软件

数字式声呐的很多运算可以用计算机上的专用软件进行仿真,本文介绍一个用于IBM PC/XT,/AT及其兼容机的声呐设计用软件,对于连续线阵、离散等间隔线列阵,用户只需要输入有关参数。本软件就能在不到一分钟内计算出指向性函数,同时将用户所感兴趣的波束图在屏幕上画出来,在必要时还可以在普通打印机上得到硬拷贝。这个软件具有ZOOM功能。用户可以在横坐标上选取任意要放大观察的窗口以便了解指向性的细微结构。由于在设计中采用人机对话方法,用户在使用时可随时选择所需要的项目和改变数据,命令流向,本软件不仅可作为声呐设计人员的有力工具,也可以用于教学上的直观演示。     

阵形畸变对拖曳双线阵左右舷分辨性能的影响

分析了阵形畸变对拖曳双线阵左右舷分辨性能的影响.首先由双线阵指向性函数及左右舷抑制比公式,推导并定义了双线阵声呐实现左右舷分辨的两个关键参量──特征方位和特征频率.然后在引入阵形畸变量的基础上,利用阵形畸变时的左右舷抑制比公式,进一步推导得到特征方位及特征频率关于阵形畸变量的解析关系式.理论分析、仿真结果以及海上试验数据都表明,阵形畸变会改变特征方位和特征频率,造成拖曳双线阵左右舷分辨性能下降甚至再次产生左右舷模糊.     

激光致声声呐换能器的设计

提出一种声呐发射换能器的设计思路.设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力、多普勒分辨常数.基于激光声的产生、传播、时域波形和频率特性提出声呐发射换能器的概念性设计思路.从理论上初步证明了该换能器具有良好的距离分辨力和指向性,可作为高分辨力声呐的声源.     

频域盲源分离与波束形成结合抑制方向性强干扰方法

针对方向性强干扰严重影响无源声呐弱目标检测的问题,提出了频域盲源分离与波束形成结合的干扰抑制方法:以子带分解的方法实现宽带干扰抑制。对每个子带进行频域盲源分离,并估计出各分离信号的方位,将与给定强干扰方位匹配的分离信号置零,利用估计的解混矩阵和处理后的分离信号重构回阵元域信号并进行波束形成实现目标方位估计。声呐模拟器数据与海试数据验证结果表明,相对于传统零陷常规波束形成与零陷最小方差无失真响应波束形成方法有2 dB以上的增益,约6 dB的背景级降低,证明该方法在抑制方向性强干扰方面是有效的。      

数字式多分层多波束系统指向性的计算机模拟

用横向滤波器形成多波束是数字式声呐的一种新的波束成形方法。这种系统的指向性与采样频率、分层比特数及延时补偿的量化误差有关。系统实际指向特性与理想稳态特性之间的差异将直接影响声呐的性能。本文给出计算这种系统指向性的各种必要公式。同时在计算机上进行系统模拟。模拟的结果可为数字式声呐某些参数的选取提供依据。     

论阵形畸变的拖曳式线列阵的工作方式的选取问题

阵形畸变是拖曳式线列阵声呐性能偏离理想情况的主要原因。本文讨论在常见阵形畸变方式下,线列阵指向性的计算。给出在各种不同参数下求解椭圆反函数以确定每个基元的精确坐标的方法。同时给出一种递推的公式,用于快速求解畸变阵的阵形。根据对畸变阵指向性与理想指向性的比较,提出拖曳式线列阵的工作方式选取的准则。从而解决了拖曳式线列阵声呐性能预报这一课题。计算机模拟结果与理论分析完全一致。     

波束形成与独立分量分析融合的宽带高分辨方位估计方法

针对波束域高分辨方位估计存在方位估计偏差大等缺点,提出了将波束形成与独立分量分析融合的宽带高分辨方位估计方法:(1)阵元域数据转换到波束域后,对多波束数据利用基于二阶统计量的独立分量分析算法处理,(2)将波束域独立分量分析融合方法输出结果重构回阵元域信号,(3)对重构后的阵元域数据,使用约束最优化方法改进的MUSIC算法做高分辨方位估计。最后利用ICS (Interactre Circuts&System)声呐模拟器数据和海试数据对算法进行了验证。结果表明:本文方法在弱目标检测、观测区域外强干扰抑制、方位分辨率方面都优先于波束域MUSIC和波束MVDR方法。      

权重抑制扇形多基元柱面基阵旁瓣

本文给出了多基元扇形柱面基阵指向性函数,分析了其比较复杂的相位特征。详细阐述了通过合理选取基元数目、加后挡以及振幅权重等方法有效的抑制旁瓣,以实现对声信号方位跟踪及目标定位。     

单基地多输入多输出声呐的方位分辨力

为了研究波形分集和发射子阵对多输入多输出(multiple-input multiple-output:MIMO)声呐方位分辨力的影响,建立了同时适用于MIMO声呐和传统有源声呐的远场和近场波束图推导模型,证明了这两种声呐具有相同的方位分辨力。首先,将MIMO声呐发射阵划分为子阵无重合与子阵有重合两种情况,并对传统有源声呐的发射阵也进行相同的划分。据此,推导出两者的远场和近场阵列流型向量均可表示为发射与接收阵列流型向量的直积。接着,利用阵列流型向量的一致性证明了波束图(远场和近场)的一致性。进一步地,证明了发射子阵有重合的情况等效于对发射阵列进行幅度加权(发射阵列中间部分的阵元权值大于两端部分的阵元权值),其可获得更低的波束图旁瓣级但不能提高方位分辨力。理论分析与仿真结果表明:MIMO声呐的有效孔径等于发射与接收联合孔径,其方位分辨力由发射与接收阵列结构所决定,波形分集和发射子阵并未带来更高的方位分辨力。      

论引力波探测器方位与引力波源方位间的关系

本文从计算棒状引力波天线的指向性函数出发,讨论了引力波源的方位和天线棒方位之间的关系,找到了从符合实验数据求出引力波源方位以及利用单一引力波探测器对连续引力波源的定位方法。所得的结果也适用于其他形式的一维引力波天线。一旦引力波探测器的灵敏度达到足以确定引力波强度时,本文的结果无疑对引力波天文学将是很有意义的。 关键词：     

阵元固体指向性补偿对超声全聚焦成像的 优化研究*

超声全聚焦成像中,声波的传播受到阵元指向性的影响,位于阵元不同方位的缺陷成像幅度不同。缺陷相对阵列中心偏角越大,回波幅度越低,容易造成漏检。为提高超声全聚焦算法对固体中大偏角缺陷的成像能力,该文引入了矩形阵元固体指向性函数,建立了基于固体指向性补偿的超声全聚焦优化算法,利用指向性系数对不同角度区域的成像进行幅值补偿。实验结果表明,相对于基本超声全聚焦和传统指向性补偿的超声全聚焦算法,该文固体指向性优化算法对大偏角缺陷的成像幅度补偿效果更好,检测灵敏度更高,有效避免了缺陷漏检,扩展了超声全聚焦算法检测范围。     

逆波束形成的旁瓣抑制

为了降低普通逆波束形成旁瓣,提出了一种新的旁瓣抵消技术。该技术利用指向性函数中的旁瓣部分去估计声场的响应,然后从基阵估计的声场减去这部分指向性函数旁瓣估计的声场,从而得到最终的声场估计。由于较多的旁瓣响应被估计的声场扣除,最终估计的声场中的旁瓣大大降低。利用该技术可有效地抑制干扰,同时又可保持普通逆波束形成的方位高分辨力。湖试结果显示了该技术的有效性和可行性。     

基于超指向性多极子矢量阵的水下低频声源方位估计方法研究

针对水下低频声源的方位估计问题,基于基元紧密排列的二维矢量阵,建立了一种超指向性波束形成方法.根据矢量基元差分运算构建各阶多极子模型,获得了几乎与频率无关的模态函数,并经加权计算可在低频条件下实现超指向性波束,以解决阵列孔径对波束性能的限制.同时,结合输出信噪比最大准则所得波束,分析了超指向性波束形成算法的稳定性与波导的影响程度,探索模态阶数与阵列参数的选取原则.通过阵列性能的仿真计算与实际阵列的测量数据表明,该算法可在小尺寸阵列孔径下获得良好的阵列波束,兼具了水下线型超指向性阵和环形超指向性阵的优点,可有效实现水下低频声源的水平方位估计;且波束性能可通过调节模态阶数与基元间距以达到最佳,并受水下声波导多途与频散效应影响有限.     

有源声呐检测的信息原理

本文讨论了有源声呐设计中的三大要素(声呐波形、声呐信道和接收机)之间的相互关系,着重讨论有源声呐信道(包括混响、传播和目标散射过程的信息模型),提出用统一的推广散射函数和相干函数来描述,并通过对信道输出相关函数以及匹配滤波输出的分析指出这两个函数的物理意义和测量方法,最后还讨论声呐最佳波形和最佳接收机设计的基本原则。     

声呐数据融合的期望最大化(EM)算法

现代舰艇通常装备有多部声呐,对这些声呐的检测信息进行融合,并加以综合利用,以提高整个声呐系统对目标的定位精度具有重要的现实意义．本文利用ＥＭ（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）算法,对多部声呐检测的方位信息进行了数据融合,获得了满意的结果．该算法也可应用于其他水下定位系统     

圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法

提出了圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法。首先建立了圆柱阵分两级子阵进行波束形成的信号模型,接着利用空间均匀噪声场中噪声互谱矩阵的循环特性得到基于特征波束分解与综合模型的圆柱阵超指向性的最优解,然后仿真研究了其误差敏感度函数、阵增益和波束图等性能指标,并与圆柱阵的传统全局处理方法进行了对比。提出的分两级子阵处理的超指向性方法与传统全局处理方法相比不仅降低了数据存储量和波束形成计算量,而且进一步提升了稳健性,并且在低频段的阵增益远远高于常规波束形成的值,对水下声呐阵列的设计具有一定的参考价值。      

一种基于随机序列的正交离散频率编码信号

双基地合成孔径声呐克服了单基地声呐系统的诸多缺陷,在成像等方面有很大优势,但时间同步仍然是一个目前制约成像质量的重要因素,时间同步误差影响是值得关注的重要问题。在回波信号模型和时间同步误差模型基础上,针对双基地合成孔径声呐进行误差影响的理论分析,并进行仿真验证。结果表明,固定时间误差主要引起距离向聚焦位置偏移,线性时间误差引起方位向聚焦模糊和分辨率降低,随机时间误差引起距离与方位向旁瓣升高。     

一种多目标方位历程实时提取方法

研究多目标方位历程实时提取方法,为目标运动分析和军事辅助决策实时提供多个目标的方位历程数据。利用无源声呐方位历程显示的时空累积效应,提出一种实时自动提取多目标方位历程的方法。通过对无源声呐的动态方位历程显示进行图像降噪、亮点提取、历程扩展和非目标历程剔除四个步骤的数字图像处理,实现多目标方位历程的自动、实时提取。海试和仿真实验数据测试表明,该方法能有效提高信噪比,并能有效解决多目标方位历程交叉时的数据关联问题,计算效率和多目标方位历程提取的正确率较高,可实用。     

指向性辐射器的简正波声场

本文讨论比较一般的指向性辐射器在分层介质中的声场,并将指向性概念应用于简正波计算。结果表明,对无方向性点源的简正波表示式补充以指向性激发函数,就可得到指向性辐射器的简正波声场,而指向性激发函数与辐射器的位置及指向特性有关。文中还分别计算了具有垂直对称性、反对称性、单边指向性以及尖锐指向性的辐射器的简正波声场。对于均匀水层中的垂直线阵,若源的分布函数正比于某一简正波的本征函数,则指向性激发函数的零点正好对应于其他简正波的本征射线的方向。 关键词：     

指向性综合的逐步逼近方法(Ⅱ)——非极值条件下的逐步逼近法

本文发展了逐步逼近法,提出了非极值条件下的逐步逼近法。该方法被用于指向性函数和期望函数之间的整体拟合,扩充了逐步逼近法的应用范围,从而使它形成了一个比较完整的指向性综合理论;本文还研究了线阵的非对称束控,提出了通过这种束控改善指向性函数和期望函数的拟合程度。