浅海信道中目标低频声散射特性研究

为了评估浅海信道中复杂目标的低频声散射特性,提出一种基于虚拟柱岛、有限元和简正波的混合数值建模方法,明确关于虚拟柱岛的参数选取原则。将此方法应用于浅海信道中复杂目标声散射的仿真,获取典型目标在浅海信道中的声散射特性,并进行机理分析。该方法考虑目标和界面的多次散射,可以计算目标靠近浅海信道海面或海底的情况,且计算速度相对于有限元方法较快、计算效率更高。另外,该方法还适用于复杂目标在浅海信道中前向散射问题,尤其是极低频情况。     

LFM目标回波信号的Duffing振子检测方法

主动声纳探测水下目标时,目标散射特性以及水声传播特性会对接收回波产生影响.针对水中沉底与掩埋目标探测时存在的混响干扰强、信混比低等问题,本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的变频Duffing振子检测方法.在发射LFM信号探测水下目标时,目标回波信号为多个LFM信号线性叠加的形式,不符合Duffing振子的单频检测条件.基于FRFT理论,提出了在最佳FRFT域上对LFM回波信号进行傅里叶逆变换的解调频方法.并根据亮点模型,推导了多亮点LFM回波信号解调频后的信号形式.由理论分析可知,解调频后的单频信号数量与亮点数量一致,频率大小与亮点时延及发射信号参数有关,为未知参量.针对解调频后频率及数量未知这一问题,提出了变频Duffing振子系统检测模型,通过改变系统内置策动力频率,自主地搜索单频信号信息,实现了低信混比下LFM目标回波信号的检测及亮点数量的估计.湖试沉底及海试掩埋实验数据处理结果验证了方法的有效性及可行性.     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

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。     

光纤水听器长线阵浅海信道性能研究

现有的光纤水听器长线阵在浅海信道中的性能分析方法存在着分析错误率高的问题,为了解决上述问题,提出光纤水听器长线阵在浅海信道中的性能研究。依据光纤水听器长线阵在浅海信道中的分布图构建浅海信号的信号模型,以此为基础,依据浅海环境下形成的长线阵常规波束,生成光纤水听器长线阵指向性函数,以生成的指向性函数为依据,基于输入信噪比与输出信噪比分析光纤水听器长线阵的阵增益性能,实现光纤水听器长线阵在浅海信道中的性能分析。通过实验结果显示,与现有的光纤水听器长线阵在浅海信道中的性能分析方法相比较,提出的光纤水听器长线阵在浅海信道中的性能分析方法极大地降低了分析错误率,充分说明提出方法具备更好的分析效果。     

浅海信道宽带信号波形快速预报方法

随着信号处理技术的发展,对浅海信道传输特性的研究与利用日益受到重视。文章研究了浅海典型环境中水下宽带信号波形的快速数值预报方法。基于波束位移射线简正波（BDRM）理论,利用傅立叶方法求解宽带传播模型,在宽带模型计算过程中,通过宽带模型频域近似展开和模型并行化两种方式,实现快速准确的宽带信号波形预报。     

潜艇回声特性模拟研究

本文对舰模进行了水平方位回波特性测试、敷贴吸声层前后不同入射角度下的回波特性测试及未敷贴吸声层情况下运动艇模的回波特性测试，并对回波数据进行了积分目标强度和峰值目标强度处理。     

浅海信道中自主潜器声调制解调器的仿真设计

描述了工作在浅海信道中的自主潜器通讯系统的声调制解调器仿真特性的计算方法。浅海信道中的声传输可用多层介质中与距离无关的射线轨迹模型的脉冲响应函数来描述。假设其特性不受信噪比（ＳＮＲ）的限制,而是受信杂比（ＳＭＲ）的限制。这种通讯系统需优化的参数是距离、波特率和合适的声功率。推导了北海某信道中典型参数下接收器的最佳深度。仿真计算给出了在水平距离大于２０ｋｍ、深度大约５０ｍ信道中,信号传输速率为４ｋｂ     

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。