基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用GPU相比于CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。     

基于多途径的混响建模与仿真

在浅海均匀声场中,多途径传播的混响更接近实际条件下混响的统计特性。因此,本文对基于多途径利用与单元散射模型相结合的网络模型对海底混响信号进行仿真分析,具有明确的物理意义。近年来关于海底混响的研究发现,其包络偏离瑞利分布,更趋向于K分布。对混响信号建模仿真的同时也对海底混响信号进行了统计分析,从频率特性和包络统计两方面验证方法的有效性。对实际海洋混响信号的研究以及基于混响背景下的其他方面研究具有较高的应用价值。     

海底混响非瑞利特性研究及神经网络应用

基于单元散射理论介绍了瑞利分布模型和K分布模型,通过计算混响偏度和峰度判断出海底混响偏离瑞利分布模型,并利用CW信号、LFM信号的试验混响数据进行阵元域、波束域上的PDF曲线拟合。结果表明,海底混响的统计特性更趋向于K分布模型。利用BP网络方法和海底混响、点目标仿真信号的PDF特性进行了目标识别验证,其正确识别率达到了92%以上,且计算量大大降低。     

海底混响非瑞利特性研究及神经网络应用

基于单元散射理论介绍了瑞利分布模型和K分布模型,通过计算混响偏度和峰度判断出海底混响偏离瑞利分布模型,并利用CW信号、LFM信号的试验混响数据进行阵元域、波束域上的PDF曲线拟合。结果表明,海底混响的统计特性更趋向于K分布模型。利用BP网络方法和海底混响、点目标仿真信号的PDF特性进行了目标识别验证,其正确识别率达到了92%以上,且计算量大大降低。     

浅海混响背景下吊放声呐主动方式探潜研究

浅海混响估算是研究吊放声呐主动方式搜潜作战使用的关键环节。首先分析声能声呐方程各项的定义,研究最大允许传播损失的计算方法;然后采用Bellhop模型计算吊放声呐与海底散射元之间的传播问题,依据Jackson模型推导海底反向散射强度的计算方法。结合海底散射面积的估算与吊放声呐主动工作满足小掠射角的特点,对负梯度和负跃层声速梯度下的浅海混响进行仿真和分析;结合信号余量的估算,研究2种典型声场条件下工作深度对浅海混响和吊放声呐探潜的影响,并提出相应的吊放声呐工作深度的选择方法。     

海底三维散射模型仿真研究

海底声散射强度是浅海混响预报的一个重要物理量.采用Jackson复合粗糙度模型研究了非均匀海底界面的声散射问题,对模型进行了理论推导和仿真计算,利用已发表的海底散射强度实测数据与模型仿真结果进行对照,验证了模型的正确性,并就海底沉积物类型和海底声学特性参数对海底反向散射强度的影响进行了分析.     

水平分置海底混响信号的空间相关特性研究

海洋混响是影响声呐性能的主要因素之一,同时也包含了大量的海洋环境信息,因此对海洋混响的研究就显得尤为重要.本文依据海底散射系数的空间相关半径来划分散射单元,给出一种水平分置多阵元接收海底混响信号的仿真模型,重点分析了混响信号的空间相关特性.从理论上得出水平分置海底混响信号的空间相关特性符合sinc(x)函数衰减规律;根据仿真信号分析得出,混响信号的空间相关性随海底散射系数相关半径和发射信号脉宽增大而减小.     

多通道运动声呐混响仿真

提出了一种直观,易于实现的方法完成多通道声呐混响信号的仿真,采用空间非均匀方式分布散射元,直接对散射元的回波信号进行迭加。仿真综合考虑了多种影响混响的因素,包括发射信号本身的参数,声呐平台的运动,海洋环境等。对仿真信号的平均混响级,瞬时值和包络值概率密度分布,空间相关系数,空时二维谱几个方面进行了检验,结果与理论分析和经验值具有较好的一致性,证明了仿真的有效性。该仿真数据能够满足空时自适应处理(STAP)方法研究的需要。     

非均匀介质中宽带信号的混响仿真

提出了一种非均匀介质中宽带信号的混响仿真模型,给出了简要的理论介绍、具体的实现方法和相应的仿真结果.它是基于声波的射线传播理论和单元散射理论,通过模拟海面、海底以及体积混响的物理形成过程实现混响仿真.     

浅海典型声速近程海底混响数值仿真

浅海混响以海底混响为主。本文选取对浅海近程海底混响贡献较大的声线采用射线声学理论,数值计算浅海3种典型声速分布下的海底混响时域信号和混响强度,分析声速分布、脉冲宽度及负跃层声速条件下声源深度对海底混响衰减的影响。计算结果表明:浅海近程混响强度随着时间振荡衰减,不同声速、不同声源深度下混响强度具有相似的衰减特性,但振荡衰减的"波峰"和"波谷"会随着声速分布、声源深度变化而变化。     

主动声纳混响模拟及性能分析

根据混响的统计特性和信号的谱特性，对主动声纳典型信号的混响进行仿真，结合试验数据对仿真结果进行对比检验，并结合不同的信号检测方法，用仿真数据与海试实录数据进行抑制混响的能力分析，证明提出的混响仿真方法对主动声纳设计的实用性。     

一种改进的混响精细结构模型及其特性分析

混响是鱼雷主动自导背景干扰的一部分,混响的建模与仿真对于研究鱼雷声自导系统具有重要意义。混响具有空时特性,利用空时自适应处理方法抑制混响成为一种可能。因此建立能准确反应水下声传播特性的混响模型,并在此基础上研究其空时特性,是声呐空时处理的重要环节。从水下声信号的特点出发,利用单元散射原理,对界面混响进行精细结构建模、仿真。仿真结果表明:该模型除了能比较完整细致地模拟混响的各种统计特性外,还能保持阵元间的空间相关性,而且能体现出混响的空时特性。     

双基地海底混响衰减规律研究

为提高双基地声纳系统性能,混响级预报至关重要。在全向发射不同接收指向条件下推导出散射面积计算公式,考察了此时椭圆环上的散射面积、散射强度、传播损失与接收角之间的关系。根据双基地海底混响的几何模型和声纳方程,推导出双基地海底的混响级预报公式。给出窄波束接收时,双基地声纳混响级系数随接收角度和基线长度的变化规律。仿真结果表明,双基地海底混响与接收角度、基线长度等因素有关。     

基于FRFT的强时频干扰抑制方法

混响是影响双基地或多基地声呐对水中目标探测识别的最主要干扰,提高抗混响能力对识别水中目标有极其重要意义.本文针对混响对目标回波的强时频干扰特性,基于分数阶傅里叶变换所具有的时频耦合分离特性,研究一种基于分数阶傅里叶变换的强混响抑制方法,并进行模拟仿真和水池测试研究,研究结果验证算法的有效性.本算法适用于信号形式为线性调频的宽带信号抗混响干扰,将脉冲信号在分数阶变换域进行尺度压缩,进而将目标信号和干扰信号在变换域中进行分离,有效达到抗混响的目的.     

运动声纳界面混响仿真研究

研究了一种基于空间非均匀分布散射元信号合成的运动声纳混响信号仿真方法。综合考虑了发射信号形式、声纳运动特性、海洋环境等多种混响影响因素,实现了对运动声纳混响信号的数学仿真。对仿真混响信号及其概率密度分布、空间相关系数进行了检验,结果证明了仿真的有效性。     

掩埋目标声散射特征提取（英文）

Elastic acoustic scattering is important for buried target detection and identification. For elastic spherical objects, studies have shown that a series of narrowband energetic arrivals follow the first specular one. However, in practice, the elastic echo is rather weak because of the acoustic absorption, propagation loss, and reverberation, which makes it difficult to extract elastic scattering features, especially for buried targets. To remove the interference and enhance the elastic scattering, the de-chirping method was adopted here to address the target scattering echo when a linear frequency modulation(LFM) signal is transmitted. The parameters of the incident signal were known. With the de-chirping operation, a target echo was transformed into a cluster of narrowband signals, and the elastic components could be extracted with a band-pass filter and then recovered by remodulation.The simulation results indicate the feasibility of the elastic scattering extraction and recovery. The experimental result demonstrates that the interference was removed and the elastic scattering was visibly enhanced after de-chirping, which facilitates the subsequent resonance feature extraction for target classification and recognition.     

水下目标几何声散射形态学特征的时频域盲分离（英文）

Separation of the components of rigid acoustic scattering by underwater objects is essential in obtaining the structural characteristics of such objects. To overcome the problem of rigid structures appearing to have the same spectral structure in the time domain, time-frequency Blind Source Separation(BSS) can be used in combination with image morphology to separate the rigid scattering components of different objects. Based on a highlight model, the separation of the rigid scattering structure of objects with time-frequency distribution is deduced. Using a morphological filter, different characteristics in a Wigner-Ville Distribution(WVD) observed for single auto term and cross terms can be simplified to remove any cross-term interference. By selecting time and frequency points of the auto terms signal, the accuracy of BSS can be improved. A simulation experimental has been used to analyze the feasibility of the new method, with changing the pulse width of the transmitted signal, the relative amplitude and the time delay parameter. And simulation results show that the new method can not only separate rigid scattering components, but can also separate the components when elastic scattering and rigid scattering exist at the same time. Experimental results confirm that the new method can be used in separating the rigid scattering structure of underwater objects.     

Blind source separation based on time–frequency morphological characteristics for rigid acoustic scattering by underwater objects

Separation of the components of rigid acoustic scattering by underwater objects is essential in obtaining the structural characteristics of such objects. To overcome the problem of rigid structures appearing to have the same spectral structure in the time domain, time–frequency Blind Source Separation (BSS) can be used in combination with image morphology to separate the rigid scattering components of different objects. Based on a highlight model, the separation of the rigid scattering structure of objects with time–frequency distribution is deduced. Using a morphological filter, different characteristics in a Wigner–Ville Distribution (WVD) observed for single auto term and cross terms can be simplified to remove any cross-term interference. By selecting time and frequency points of the auto terms signal, the accuracy of BSS can be improved. An experimental simulation has been used, with changes in the pulse width of the transmitted signal, the relative amplitude and the time delay parameter, in order to analyzing the feasibility of this new method. Simulation results show that the new method is not only able to separate rigid scattering components, but can also separate the components when elastic scattering and rigid scattering exist at the same time. Experimental results confirm that the new method can be used in separating the rigid scattering structure of underwater objects.