Waveguide Invariant and Passive Ranging Using Double Element

The sea-trial results indicate that the stable interference structure can be observed in low-frequency continuous spectra sound field.And the equation of the interference striation have been derived in light of the comcept of waveguide invariant, indicating that the striations are a family of quasi hyperbolas. The heading angle φ, waveguide invariant β and r0/v(r0 is the range of the closest point of approach and v is the navigating velocity of target) are estimated by using Hough transform for the image processing of the LOFARgram and bearing-time records. Four passive ranging algorithms based on double element or double array model are proposed. The simulation research shows that the first positioning algorithm should be adopted when the target heading angle is less than 10°; otherwise, the latter three algorithms are used to range, and the larger the heading angle is, the higher the positioning accuracy is. The relative ranging errors of the four methods are less than 10% under the simulation conditions used in this paper.     

基于OFDM编码的水声通信差分解码技术

正交频分复用（OFDM）具有良好的抗频率选择性衰落性能,抗多径和脉冲噪声能力强,同时具有在高效带宽利用率情况下的高速传输能力以及简单的实现方法。OFDM在应用中也存在一些问题,例如对频率偏移和相位噪声敏感等。研究了基于正交频分复用编码的水声通信差分解码技术。所提出的差分解码方案通过测量相邻OFDM信号的相位差进行解码,从而降低了信道时变特性对水声通信系统的影响,特别是相位误差的累积效应。湖上试验数据差分解码的结果显示了所提方案的有效性,极大地降低了通信系统的误码率。     

经验模态分解在相关峰检测和测向中的应用

互相关测向法在低信噪比时检测不到相关峰,无法实现有效的方位估计.经验模态分解可以在突出信号局部特征的基础上,把信号分解成多个固有模态函数.采取对互相关函数进行经验模态分解,适当选取分解出的IMF重构互相关函数.重构的互相关函数有明显的相关峰,可以有效地提高检测目标的能力.将经验模态分解与互相关测向法相结合,可以实现低信噪比下的时延估计,从而更好地估计目标的方位.仿真结果表明重构的互相关函数较原互相关函数,其相关峰较最高伪峰的相对值提高了约4.9 dB,从而可以更好地实现时延估计.方位估计结果显示此方法在信噪比为-14 dB时,仍能准确地估计目标的方位.     

浅海稀疏阵声图测量实验分析

为了研究声图测量过程中由于采用稀疏阵引起的声干涉对聚焦波束形成的影响,分析了声干涉现象产生的原因,对比分析了阵列稀疏对于远场波束形成与近场聚焦波束形成影响的异同,及其对宽带信号及窄带信号影响的异同.根据对比分析认为,近场宽带信号处理的方式受阵列稀疏的影响较小,但实际舰船目标往往含有强线谱信号,因此测量过程预先通过谱白化处理是必要的.对上述宽带稀疏阵的测量方法进行了实验验证,给出了定位结果,结果表明方法切实可行.     

二元阵被动时间反转镜定位技术研究

运用射线传播理论分析推导了二元被动时间反转镜定位技术的基本原理,得出了当模拟信道与实际信道建模误差不大时,时间反转镜实现了信道匹配、空间增益达到最大且实现了被动定位的结论;反之,信道匹配不好或不匹配,产生空间增益下降或没有空间增益的现象,影响到定位效果和定位精度．运用时间反转镜技术,进行了仿真信号和海试数据的分析处理,结果表明：该方法能实现目标被动定位,而且,对仿真数据处理的定位精度10km距离处达到数米以内,具有广阔的应用前景和研究价值．     

解析声能流Capon空间谱估计

文章中把解析函数理论用于声矢量信号分析，提出了一个新概念“解析声能流”，给出了单矢量传感器输出的解析声能流表达式。并将这个新概念用于描述声矢量阵输出，得到了一种新的矢量阵输出模型“伪解析声能流”。利用该模型，推导了声矢量阵的Capon空间谱估计的表达式。理论分析和计算机仿真表明：1、解析声能流的实部和虚部具有正交的偶极子指向性，并且可以用移相的方法来旋转其主极大方向；2、在平面波和二维质点振速条件下，解析声能流将矢量叠加统一描述在它的相位中，从而可以综合描述声场的相位干涉和矢量结构；3、基于“伪解析声能流”模型，传统的Capon空间谱估计算法无需改动就可以直接用于声矢量信号处理，与传统的Capon空间谱估计算法相比，具有全空间无模糊定向能力、更低的旁瓣和对短时信号有更强的处理能力。     

基于HHT的矢量传感器瞬态信号方位估计

针对瞬态信号存在时间短、变化快,传统的信号处理方法很难对其进行方位估计的问题,将希尔伯特-黄变换与矢量信号处理相结合应用到水声领域,提出了矢量希尔伯特-黄变换的方法.利用希尔伯特-黄变换获取信号的瞬态信息,结合矢量信号处理宽带方位估计提出了矢量瞬时方位估计的概念,在此基础上发展了矢量希尔伯特-黄变换水声应用的理论框架.海试表明新理论在瞬态信号处理和单矢量传感器目标方位估计方面,其性能比常规方法有了明显的提高.     

垂直线阵声图测量原理研究

提出了一种在近场条件下,利用垂直线阵聚焦波束形成技术测量目标噪声源的分布图(声图)的方法.垂直声压阵只能测得目标噪声源在某个垂直面内的二维声图,且存在前后(或左右)模糊问题.垂直矢量阵则可利用声压振速的联合信息,先通过直方图方位估计测向,再进行聚焦扫描,这种方法能很好地解决测量模糊问题,并能得到目标的三维声图.     

噪声被动测距中的滤波技术应用研究

精确测定目标信号到达不同水听器的时延差是被动测距声呐正常工作的基础.文中先是采用一阶线性递归滤波器对相关函数进行滑动平均,剔除了待处理数据中的野点,而因此引入的延迟仅为3～4ms;然后再用基于自适应噪声抵消器的参数估计器对测量值(距离的估计)进行后置滤波和跟踪,该滤波器收敛和稳定时间需要0.5～1min,快于传统的Kalman滤波器(稳定最少需要5min),这对实现被动测距声呐对快速目标的跟踪是有很大意义的.最终系统实现了对慢速及快速目标(如鱼雷)的跟踪和滤波输出.     

单矢量传感器DEMON谱检测技术研究

水声目标辐射噪声的包络谱中包含调制线谱(DEMON),不同类型的水声目标其DEMON谱不同,研究单矢量传感器利用DEMON谱检测目标信号的能力。采用文中定义的解析声强流方法,将单矢量传感器拾取的同一点的多信号源的振速矢量叠加统一描述在解析声强流的相位中,目标方位可以通过计算解析声强流的相位得到。仿真计算结果表明,这一方法对不同基频调制的宽带信号的检测能力可达-20dB,方位分辨能力在信噪比为-15dB时约为10°。对湖试数据的处理结果已证明本方法的可行性。