基于LabVIEW的水声信号发生器设计

针对声传播损失试验中对吊放水声信号的需要,考虑到水声信号的复杂性,论文提出了基于虚拟仪器技术的水声功放信号发射系统设计方法,并以LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)为开发平台设计开发了用于水声发射换能器的信号选择、参数设置等多功能水声信号发射控制系统。该系统可以根据需求自定义选择配置发射连续或脉冲信号,可实现信号周期、幅值等参数选择,且减少了硬件开发成本,具有较好的应用价值。     

水声信标搜索策略分析

为了保证落水人员、设备、物资在发生意外落水情况下的快速搜救,通常会在这些目标上装配水声信标,落水时可在水下发射水声示位信号指示目标在水中的位置。为了保证落水人员、设备、物资的安全,采用合适的水声信标搜寻策略实现对水声信标及其目标进行快速、高效的定位、搜索至关重要。本文以搜索飞机"黑匣子"为例,浅析各类水声信标搜索设备的原理、搜索效率和技术特点。实际搜索时,搜索人员可根据搜索海域的水深和海况条件、疑似区域范围、搜索船只特点选择适合的搜索设备,达到事半功倍的效果。     

水声信号检测技术研究进展

水声信号检测是海洋微弱信号检测技术的一种关键技术并会在未来黑匣子搜寻等活动中扮演着重要的角色。本文主要针对水声信号检测技术的研究进展进行了详细的评述:首先介绍了水声检测设备的国内外现状;接着对比分析了时间反转法、随机共振、盲源分离、错位叠加算法等典型的检测算法及其在水声领域中的优缺点;由于海洋环境的复杂性,水声信道的传播特性对水声检测的效果产生了较大影响,从传播损失和海洋环境噪声两个方面做了相关分析;最后讨论了各种水声信号检测设备及方法的未来发展方向,研究水声检测技术具有重要的工程应用价值。     

多路水声信号抗串漏检测技术仿真

根据水下多目标定位系统水声通道特点和系统海上试验实际应用情况,建立系统多路合作水声信号检测处理仿真模型。仿真表明:采用FIR宽带滤波器、Notch滤波器组和瞬时频率方差序列等水声信号处理技术,能有效克服系统水声通道串漏、高斯白噪声和鱼雷寻的噪声对信号检测的影响,实现系统对多路合作水声信号的检测处理。     

水下数字语音通信系统实现方法研究

随着海洋资源的开发,水声通信技术得到重视。通过水声通信技术,可在水下环境中实现水下设备与岸上基站之间的通信,实时将水下设备的工作情况快速、直接、准确地传达给岸上基站,对于保障水下人员安全,勘探水下环境等起着重要的作用。本文对水下数字语音通信系统进行研究,利用水下超声通信技术,设计水下语音通信系统,基于DSP芯片实现水下语音信号的调制与解调处理,并搭建试验平台,对系统功能进行验证,得到比较满意的结果。     

支持向量机的水声信号分类识别

研究水声信号识别特征的提取,在此基础上采用支持向量机理论,提出了一种水声信号的分类识别算法.该算法选取两类水声信号,提取它们的混沌特征值关联维数和h2熵作为目标信息,每类信号各提取32组数据,取两类水声信号各8组数据作为训练样本,训练支持向量机,其它样本用于验证.结果表明,支持向量机的分类算法能实现对目标的有效分类,分类效果较好,比较适合小样本、非线性分类.     

深海水声探测特性研究

为改善水声探测系统的信号检测性能,研究了在深海环境下水声探测的特性.在对浅海和深海声传播特性进行比较的基础上,分析了深海声传播的优越性.通过对不同海洋深度声源的声传播特性仿真分析,证明了深海环境有利于实现远距离声传播.在一定信号接收带宽的情况下,计算了位于深海区域的水声探测系统对安静型潜艇的最大被动水声探测距离,进一步证明了深海环境有利于实现远程水声探测.研究结果为在深海环境下探测安静型潜艇提供了理论依据.     

基于国产芯片的水声信号滤波器设计

为改变目前国内水声信号滤波器大多采用进口专用芯片的现状,设计一种基于国产芯片的水声信号滤波器替代方案.对通用带通滤波器传递函数的演变进行介绍,结合其实际应用情况,通过查表和理论计算,设计一种基于国产芯片的水声信号滤波器,并对其中心频率、带宽和矩形系数等指标进行实测,验证该设计的可行性.结果表明,该水声信号滤波器基本上能达到水声信号接收机的设计要求.     

鉴频式水声接收机的设计及特性研究

由于接收信号动态范围大及时域信号畸变,鉴压式水声接收机在水声定位系统中不能正常工作.为了解决这一问题,应用锁相环电路设计了一种鉴频式水声接收机,实现了大动态范围下对单一工作频率水声信号的检测,通过测距验证整个系统的有效性,并对其特性做了一定讨论.     

小尺度水下多信标定位系统设计

本文设计了一种基于短基线的、适用于小尺度水域(目标在工作范围200m以内)的水声定位系统。系统主要由8通道信号采集设备、水声接收基阵和水下信标组成,通过基阵与信标之间收发的声信号,来完成对信标的定位。声信号为6阶的m序列伪随机码,其产生与发射由MSP430单片机控制。利用码分多址技术区分多个信标发出的声信号,并结合8通道的水声数据,通过匹配滤波的方法获取各声信号的传播时间,最后采用牛顿迭代法求解定位方程,获取信标位置。信标的设计制作费用在一百元以内,成本较低可即用即弃,省去了复杂的信标回收工作。模拟海洋环境的情况下的测试分析显示,该系统的作用距离与定位精度可满足小尺度定位的要求。     

基于分数间隔均衡的水声通信信道优化技术

水声通信信道受到海水介质的多途效应的影响,容易产生码间干扰,导致通信信道失衡,提出一种基于分数间隔均衡的水声通信信道优化技术,根据水声信道的时变衰落、多径和加性干扰等特性,构造水声信道的冲激响应模型,加入多径分量的相位偏移进行通信码间干扰抑制,在通信信号的接受终端插入一个可调滤波器消除多径干扰,采用自适应分数间隔均衡算法进行信道均衡器设计,采用二进制伪随机序列修正滤波器系数以对信道做出反馈补偿,实现信道均衡设计。仿真结果表明,采用该方法进行水声通信信道均衡设计,通信系统输出的码元保真度较高,抗多径干扰能力较强,降低了通信系统的输出误码率,改善了水声通信质量。     

多功能水声收发机的设计与实现

基于长基线水下航行器定位导航系统的工作原理,设计并实现了一套可独立完成水声询问信号发射、水声遥控指令编码及发射控制、应答信号接收及处理、时延估计及数据传输控制等多功能的水声收发机,论述了水声收发机中信号检测、时延估计等信号处理关键技术,介绍了软、硬件设计思想和实施方案,并给出了该套系统经过模拟器、湖试和海试的试验结果。试验结果表明,该系统性能可靠、功能完善,具有一定的工程应用价值。     

神经网络在船舶水压场信号检测中的应用

在现代战争中,各种水声探测设备被开发出来,用于对我方船只和敌对船只的监测。这些水声设备的基本原理都类似,即基于对水压场的探测,获得目标物的信号特征,并由此甄别出目标物的运动状态。如今人工智能的应用,极大提高了水压场信号的检测水平。本文重点研究舰船水压场的信号检测技术,并基于神经网络算法对舰船的水压场模型进行分析。通过对水压场信号的分析,获得舰船模型的水压场数据。利用Autodyn软件对模拟船舶的水压场状态进行仿真,给出压力强度变化曲线。     

基于虚拟仪器技术的长基线系统目标模拟器

论文利用虚拟仪器的概念,采用Visual C++和Lab VIEW设计和开发了长基线水声导航定位系统目标模拟器。主要介绍了模拟器整体结构,着重研究了软硬件实现方法。目标模拟器在实验室里模拟15个海底阵元水声基阵的应答声信号,提供测试水声导航定位系统所需的应答声信号。通过实验室与水声导航系统的联合调试,证明模拟器符合调试要求。     

基于径向基函数网络的水声信号预测模型研究

随着舰船隐身降噪技术的不断发展,舰船辐射噪声信号检测变得愈加困难.针对这种情况,将RBF神经网络引入到水声信号的预测中,建立水声信号的全局预测模型.通过对Henon和Lorenz映射仿真,验证了RBF预测模型的有效性.运用全局预测模型对两种实际水声信号进行预测.实验证明,该预测模型学习速度快,所需样本点少,效果较准确,在水声信号检测中具有良好的发展前景.     

嵌入式舰船电子信息远程传输控制技术研究

针对当前舰船电子信息远程传输控制技术,定位水声信号存在偏差,导致舰船电子信息丢包率和返包率较高的问题,提出嵌入式舰船电子信息远程传输控制技术。利用声载波、水声通信舰船源信号,选取4个水声换能器,并联组成声学基阵,计算目标声源测向角度,噪声定位电子信息水声信号。令基阵接收的源信号转换为数字信号,预处理后进行压缩加密处理,利用PCI总线技术,传输电子信息的密文流至接收端口,解密后获得电子信息明文流,实现嵌入式舰船电子信息远程传输控制。实验结果表明,设计技术能够有效减少丢包率和返包率,充分保证舰船电子信息远程加密传输的稳定性。     

浅海水声多途信道建模与仿真

在进行水声信号恢复和增强、目标探测、跟踪、定位、水声通信等技术的研究过程中,对海洋信道的仿真研究是进行这些水声信号处理仿真的基础。简要分析了水声信道的传播特性,主要针对水声信道强烈的多径效应这一特点,研究了浅海水声多途信道的物理模型,并通过BELLHOP射线传播模型实现了声场环境模拟以及水声信道建模。通过比较不同深度声源的声场分布,以及不同收发条件下的水声信道冲激响应,验证了水声信道的多径效应、稀疏性、传播损失、时变空变以及随机性等特性。     

基于双曲调频信号的水声通信帧同步方法

水声通信中收发两端的相对运动会引起多普勒效应,严重的多普勒效应将极大地影响通信系统性能。针对多普勒效应对水声通信信号的影响问题,利用双曲调频信号对多普勒频移的不敏感性,提出了一种基于时域叠加上扫频和下扫频双曲调频信号作为前导信号的水声通信帧同步方法。通过接收端配置2个并行相关器对带有前导信号的接收信号进行匹配滤波,并根据2个相关峰的偏移时延差实现精确的多普勒因子估计,利用线性插值方法进行重采样,减弱多普勒效应对水声通信性能的影响。仿真结果表明,在实测多途信道条件下,该方法可以实现多普勒因子精确估计,有效提高收发端相对高速运动条件下的水声通信性能。     

一种通用型基于经验模态分解的小波阈值滤波方法研究

首先针对中高频水声信号,提出一种改进的经验模态分解加小波软阈值滤波方法;然后将信号进行带通滤波处理及经验模态分解,将分解得到的各个模态转换为频域信号,采用小波软阈值方法在频域上对这些模态进行滤波,最后对信号进行重构,并将其转换为时域信号。分别采用本方法和原时域上的小波阈值方法对不同频率的水声信号进行滤波,经计算分析可知,对频率小于800 Hz的水声信号,采用原方法可获得较好的滤波效果;当信号频率大于800 Hz时,采用本方法的滤波效果更好,因此应针对不同频率的水声信号,选择合适的滤波方法,以获得满意的滤波效果。     

一种通用型基于经验模态分解的小波阈值滤波方法研究

首先针对中高频水声信号,提出一种改进的经验模态分解加小波软阈值滤波方法;然后将信号进行带通滤波处理及经验模态分解,将分解得到的各个模态转换为频域信号,采用小波软阈值方法在频域上对这些模态进行滤波,最后对信号进行重构,并将其转换为时域信号。分别采用本方法和原时域上的小波阈值方法对不同频率的水声信号进行滤波,经计算分析可知,对频率小于800 Hz的水声信号,采用原方法可获得较好的滤波效果;当信号频率大于800 Hz时,采用本方法的滤波效果更好,因此应针对不同频率的水声信号,选择合适的滤波方法,以获得满意的滤波效果。