基于FPGA的水声信号数字下变频的实现

随着声呐信号处理技术的发展,其对系统的软、硬件资源要求越来越高.利用数字下变频技术,可极大地降低其信号处理资源要求.结合Matlab,仿真研究整个下变频过程,验证分析水声信号数字下变频的正确性.在此基础上,应用Verilog语言移植算法到FPGA内部,在Signaltap II下观察过程变量及结果,并导入Matlab进行数据分析.该技术对于声呐信号处理具有实用价值,并已成功应用于某声呐设备.     

基于FPGA的水声信号检测系统设计

结合阵列信号处理技术,应用工程化的MUSIC算法,本文设计了一套基于FPGA的水声信号检测系统,对某些声纳检测系统的设计有一定参考价值。     

基于EMD与三阶累积量的水声瞬态信号检测

提出了基于经验模态分解(EMD)与三阶累积量的水声瞬态信号检测方法.首先根据EMD方法的滤波器特性将待检信号在频域内分成一系列的本征模态函数(IMF)分量,并根据能量法选择信号占主导地位的IMF;然后运用高阶累积量抑制高斯信号的特性,计算IMF分量三阶累积量对角切片的短时估计,并构造检测函数,对检测函数时行包络检波,作为检测标准;最后用仿真数据对该方法进行了验证,结果表明能在较低信噪比下检测出目标信号的出现时刻和大致频率,具有一定的工程应用价值.     

基于FPGA的以太网接口数据采集器设计与实现

基于FPGA的以太网接口数据采集器为水下声信号的采集和记录及水下声环境的分析提供了一种新的解决方案。着重研究了基于FPGA的以太网接口三通道数据采集和存储记录系统的设计和实现方法。     

一种基于MUSIC改进算法的宽带水声信号DOA估计

提出一种适用于水声宽带信号的DOA估计算法。该方法首先将时域宽带信号变换到频域,然后划分子带,在每个子带上进行不同的加权得到信号的DOA估计。同时子带算法采用改进的MUSIC算法,降低了DOA高分辨力估计所需要的信噪比。计算机仿真对比了MUSIC算法和改进后算法的空域分辨力,同时也对比了不同信噪比下2种算法的性能。仿真结果表明,改进后的算法无论在适用信噪比条件还是分辨能力上均有较大提高。最后采用某型水下航行器的实航数据对算法进行验证,验证结果表明该算法可在实际应用环境中获得良好的DOA估计。     

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.     

基于切片谱的主动水声信号处理方法

针对传统FFT对主动水声信号处理无法获得可观的处理增益,提出了基于切片谱的主动水声信号处理方法。研究分析了不同信噪比的噪声背景情况下,通过对主动水声信号计算切片谱来进行处理。仿真结果表明,基于切片谱的主动水声信号处理方法能够较好地抑制高斯噪声,提高输出信噪比,从而获得良好的处理增益,与传统的FFT处理方法相比,在输入信噪比从-10～+10dB之间变化时,处理增益平均提升了6.9987dB。     

混沌理论在水声信号检测中的应用研究

为解决微弱信号的检测,提出了一种基于混沌预测的水声信号检测模型。根据混沌系统的动力学特性,给出了这种检测模型的检验准则,通过对实际水声信号进行仿真,结果表明,信噪比为-17dB情况,检测模型仍具有较强的检测能力,同时验证了检验准则的有效性;如要检测信噪比更低的信号,则要提高信号预测的准确率。     

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。     

基于α稳定分布模型的水声信号白化滤波方法

在简要介绍共变谱和稳定白噪声的基础上,从α谱的角度出发,推导出基于自共变系数的广义YuleWalker方程,证明广义Yule-Walker方程算法的合理性。依据稳定分布的参数模型,通过广义Yule-Walker方程算法实现基于分数低阶统计量的水声信号预白化滤波。实验数据检验表明,基于分数低阶统计量的白化滤波方法可以很好地实现水声信号预设频带内的预白化。     

矢量矩阵处理在海面水声处理中的应用

从最小二乘法的思想出发,研究海面上多干扰信号产生的无法探测区域及干扰信号和有用信号频谱无法区别的情形下,利用矩阵滤波器来抑制海上多目标干扰的情况,通过矢量矩阵对水下目标准确定位,实现有用信号的快速识别,最后通过实验证明本方法的有效性。     

可回收式水下声学网络监测节点的设计与实现

本文针对我国日益增长的近海海洋环境监测的迫切需要,同时考虑到水下节点布放和回收的便捷性,提出了一种新型可回收式水下声学网络监测节点方案,该方案的特点是使用可脱开插头和电爆螺栓来实现节点的水下长时间供电和自主上浮分离。最终完成的声学网络节点样机可靠性高、结构紧凑且性能指标良好,并已通过海试实验验证。该水下网络监测节点是水声网络监测技术与试验系统的基本功能实现平台,为后续开发利用海洋资源提供依据和参考。     

便携式水下声信标探测定位设备技术设计与实现

针对声基阵水下搜寻定位系统需要使用大型船只及直升机等大型操作平台的缺点,介绍了一种简单、便携、高效的水下声信标探测定位设备的设计与实现方法.利用指向性水听器及混频方法,将需要探测和定位的水下声信标信号通过音频形式输出,充分利用指向性水听器较普通水听器空间增益高以及人耳对信号识别能力强的特点,提高了复杂海况条件下对弱信号的检测能力.阐述了设备的组成、工作原理以及设备主要单元的设计方法,给出了设备样机在海上试验的结果,并对其适用的场合进行了说明.     

船载水声系统中的阵列信号处理算法研究

首先分析ICA算法在船载水声系统中的问题,提出改进的cFastICA算法;然后阐述利用cFastICA算法进行复数信号的迭代过程;最后通过与TLS-ESPRIT算法比较,说明本文算法在采样频率较低的情况下角度误差较小,并且在信噪比一定的情况下,受到快拍数的影响较小。     

基于水声信号的瞬时频率估计算法

为了获得水声信号稳健的瞬时频率值,本文综合相位差分法和M-估计方法对瞬时频率进行估计,获得理想的估计值.通过计算机仿真分析,给出采用该方法获得的瞬时频率估计值,并与真值进行对比.     

水下声信号检测系统中单片机编程的应用开发

在船舶航行时,为了提高其安全性能,往往需要对水下的声音信号进行检测,避免一些水下的障碍物。本文主要研究基于单片机系统的水下声信号检测技术,通过单片机编程,实现检测系统的性能优化和提升,从而能够适应更加复杂的水下环境,通过仿真分析,本文提出的检测方案能够检测出大多数的水下声音类型,能够大大提高系统的抗干扰能力。     

基于光电复合缆的水声信号采集发射传输系统

众所周知水下电磁环境复杂,在水下采用电缆传输电信号非常容易受到海洋电磁环境干扰,并且随着距离的增加,电信号受到干扰和衰减也就越大。因此水下中长距离的信号传输采用光电复合缆传输是一个比较好的选择,光纤用来传递水声信号,电缆用来传输电力。因此本文设计了一种基于光电复合缆的水声信号采集发射传输系统,能够很好地解决上述问题。本设计将要采集和发射的水声模拟信号在采集发射端和主机端转换成光信号,端到端之间的传输采用光信号,而采集发射端的供电则由光电复合缆的电缆提供。     

海上水声信号处理算法中的物理特性仿真研究

通过研究海上水声信号的产生和海上水声信号定位系统的构成,设计水声信号处理系统流程,指出陆地上的主控中心与水中的基站如何进行信号数据传递,以及环境噪声、传输损耗、多径传输、多普勒效应等物理特性对信号偏移产生何种影响。最后通过实验验证加入消除滤波器后可以有效地控制多普勒效应产生的频率偏移。