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。     

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。     

基于数据平滑的降维STAP混响抑制方法

分析了主动声呐采用空时自适应处理进行混响抑制的困难,给出了一种有效的降维空时自适应处理方法.该方法把待检测的空时数据划分为子组进行空时自适应处理,采用空时前后向平滑的方法来增加有效的样本数据数量,提高协方差矩阵的估计精度.通过分析子组输出间的相位关系,指出可以对所有子组的输出进行相干叠加.不仅能进一步提高输出信混比,还能减小空间和时间孔径的损失.通过仿真的混响数据比较了不同方法的改善因子,表明该方法能够有效消除强混响,而且具有较高的稳健性.     

一种级联型自适应滤波器的混响抑制技术

在浅海环境中混响是造成主动声呐性能下降的主要原因之一。混响是由发射信号引起的,其频域上覆盖区域与发射信号基本重合,时域上与发射信号及目标回波强相关,这给混响和目标的分离造成了很大的困难。本文借鉴PD雷达中的动目标检测方法,提出一种适用于声呐动目标检测的滤波器设计算法。该算法利用运动目标回波和混响在时频域上的不同特性,设计了级联自适应滤波器实现混响抑制和目标增强。在此基础上进行匹配滤波等处理可以获得理想的效果。该算法可大幅提高信混比,有效改善运动目标的检测能力。     

一种级联型自适应滤波器的混响抑制技术

在浅海环境中混响是造成主动声呐性能下降的主要原因之一。混响是由发射信号引起的,其频域上覆盖区域与发射信号基本重合,时域上与发射信号及目标回波强相关,这给混响和目标的分离造成了很大的困难。本文借鉴PD雷达中的动目标检测方法,提出一种适用于声呐动目标检测的滤波器设计算法。该算法利用运动目标回波和混响在时频域上的不同特性,设计了级联自适应滤波器实现混响抑制和目标增强。在此基础上进行匹配滤波等处理可以获得理想的效果。该算法可大幅提高信混比,有效改善运动目标的检测能力。     

混响场中矢量传感器抑制干扰能力分析

随着声呐工作频率向着低频方向发展,抑制混响已经成为提高主动声呐系统工作能力以及提高水中目标强度测试精度的重要方面.根据混响的时空相关特性通常采用钟形脉冲和线性调频信号可较常规的CW信号取得较好的抗混响效果.近年来对矢量传感器在各向同性噪声场中的抑制干扰能力已经进行了深入广泛的研究,包括提高信噪比性能、定向性能以及多目标分辨等,为水中目标噪声测试、特征分析等工程实际中应用矢量传感器奠定了基础.但尚未对主动声呐系统和水中目标低频强度测试中利用矢量传感器的抑制混响能力开展系统研究.以混响场的各向同性为基础推导了单矢量传感器抑制混响的能力,并结合湖上试验数据分析探讨了矢量传感器不同声能流组合形式抑制混响干扰的能力分析,为矢量传感器在主动声呐系统中的工程应用提供了理论依据.     

几种新型主动声呐发射信号性能分析研究

主动声呐信号波形在主动声呐系统设计中占有十分重要的地位,声呐信号波形不仅决定了信号接收的处理方法,还直接决定了系统的时频分辨力、抗混响能力、目标跟踪等各方面性能。本文利用信号的模糊度函数和Q函数,研究了时下热点波形,包括梳状谱信号(SFM/PTFM)和雷达中研究相当成熟而在声呐中鲜有研究的复合声呐信号(LFM-Barker码),重点分析了其时频分辨力和抗混响性能。仿真及湖试结果表明对不同速度类型目标宜采用不同的发射信号波形,为主动声呐发射信号优选提供了参考和依据。     

基于稀疏表示的NMF抗混响方法

在浅海环境中,由于受到混响的影响,主动声呐接收到的信号混淆不清。针对上述问题,提出一种基于稀疏表示的非负矩阵分解(non-negative matrix factorization, NMF)抗混响方法。利用稀疏表示方法处理主动声呐回波信号,然后根据信号的稀疏性,构建基于非负矩阵分解的Kullback-Leibler(KL)问题,通过梯度下降法给出迭代规则,进而得到了目标信号矩阵中的协方差估计。仿真结果表明,相对其他去混响方法,该方法能够有效抑制混响,提高对水下目标的识别率。     

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。     

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.     

Pearson分布混响下模糊CFAR检测器性能分析

为改善主动声呐的检测性能,研究了Pearson混响背景下的目标恒虚警检测问题,提出一种分布式模糊检测算法,并应用到CA,GO和SO三种均值类CFAR检测器中。全面分析3种均值类模糊检测器在均匀背景和非均匀背景下的检测性能,蒙特卡罗仿真结果证明,CA和SO检测器采用"代数和"融合逻辑时,在均匀背景和多目标干扰情况下具有最好的检测性能,而GO检测器在混响边缘情况下,利用"代数积"融合逻辑具有更好的虚警控制能力。     

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。     

PCI混响消除算法的理论和实现方法

就工作在混响限制区域的主动声纳而言,混响成为限制声纳性能发挥的主要因素之一.如何有效地抑制混响或对混响进行弱化处理,对于提高主动声纳的目标检测能力具有十分重要的理论和实际意义.采用基于信号子空间理论,即主元求逆算法(PCI)的混响估计方法,实现了混响限制区域混响和信号的分离,并提出了一个混响子空间定阶方法.实际海试数据处理结果表明,该方法可以有效的剔除接收信号中的混响,有利于改善系统在混响限制条件下的检测能力.     

子阵波束域自适应波束形成方法研究

阵列输出的有限次快拍处理等效地增加了信号之间及信号与噪声之间的相关性,导致了现有的子阵自适应处理方法在小快拍数目时的性能损失.现提出一种子阵波束域自适应波束形成算法,通过对子阵多波束输出的协方差矩阵求平均,减弱信号之间的相关性,从而提高自适应波束形成算法的性能.仿真结果表明,该提算法在小快拍数情况能够大大提高输出信干噪比,并有效地抑制阵元上接收的随机噪声.     

复杂背景下小样本声呐图像目标检测

水下目标检测具有重要意义,在军事和民用领域都发挥着重要作用。实际场景中可以获得的声呐图像非常有限,且声呐图像的信噪比较低,无法得到较好的检测结果。因此,本文引入小样本学习,基于Faster RCNN两阶段目标检测算法,选择不同的策略对模型进行优化,得到了较好的检测结果并验证了小样本目标检测在声呐图像领域的可行性。根据混响对声呐图像的影响进行仿真实验,得到不同混响背景下的声呐图像,对比分析了不同数据集下训练模型的检测性能。实验结果表明,在训练样本中增加混响信号可以提高低信噪比条件下的目标检测精度。     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低。为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法。该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用。     

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.     

基于舷侧阵的MVDR波束形成算法研究

针对鱼雷舷侧阵的方位估计,研究了阵元域MVDR波束形成算法,此算法较常规波束形成算法在分辨能力上已有了很大的提高,但阵元域MVDR是对阵元域的信号直接处理,计算量较大,在低信噪比时分辨能力下降,限制了其在声纳系统上的应用.文章提出的波束域MVDR(BMVDR)波束形成算法就是为了克服阵元域MVDR的缺点.通过理论分析及计算机仿真,表明BMVDR算法的性能优于MVDR与常规波束形成(CBF).     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低.为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法.该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能.仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用.     

一种小斜视多接收阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

本文在"非停走停"条件下建立斜视多接收阵合成孔径声呐的几何模型和精确距离史。由于精确时延史十分复杂,无法直接用于推导成像算法,通过2次近似,得到修正斜视距离史。距离史误差的分析结果表明,修正斜视距离史能够满足窄波束小斜视的成像要求。在算法推导部分,首先通过距离空变的相位补偿因子和参考距离上的时延补偿因子,将多接收阵信号转变成了单基斜视信号,再借用斜视单基距离多普勒算法,提出小斜视角多接收阵合成孔径声呐距离多普勒算法。最后通过计算机仿真实验证明了本文方法的有效性和正确性。