一种线列阵反卷积波束形成高分辨算法

传统的水声阵列波束形成方法在非声源方向存在旁瓣,直接影响目标的检测精度。本文针对波束形成中旁瓣抑制问题,在常规波束形成中引入反卷积算法,提出一种基于反卷积的高方位分辨算法。将常规波束形成作为一个线性系统,由均匀线阵的波束指向性出发,利用Richardson-Lucy迭代求解点声源散射函数,以常规波束形成输出结果作为系统的输入,与声源点散射函数相卷积,抑制阵列指向性函数对输出的影响,缩窄主瓣,抑制旁瓣。在此基础上给出纯净目标辐射噪声的提取方法,归纳总结算法流程。仿真结果表明,反卷积波束形成算法能够实现多目标的调制谱分离,具有更优的多目标角度分辨力,有效提高目标检测性能。     

水下声成像仿真分析及图像处理

介绍了水下声成像仿真软件系统的主要组成及功能,对该系统中用到的正交解调、多波束形成、波束内插等关键技术给出了理论分析.通过对水下目标成像中目标回波生成、前置预处理和后置处理等内容的仿真分析,得出的仿真结果与理论分析相符,为水下探测体识别真假目标、实施精确定位提供了技术支持.     

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1∶20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。     

水下超波束形成技术性能仿真研究

基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表明:HBF使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有很大的降低,与常规波束形成技术相比,其分辨能力有较大提高,是一种有广阔应用前景的水下阵列信号处理新方法。     

水下爆炸——防御水下探测新途径

介绍了水下爆炸对水中声探测设备干扰的原理和应用展望,说明了基于含能材料水下爆炸所产生的宽频带、强噪声,能够对水中声探测设备实施有效干扰.     

基于平面三元阵的水声定位误差分析

水下平台引信采用声、磁、水压、电场等不同物理场对目标进行探测、识别和定位,其中,声引信是目前在水下平台引信中应用最普遍、效果最好的方式。水下平台要实现对目标的精确定位,除了主要受信噪比影响之外,其他诸多因素也会影响定位精度,如声速、阵间距、时延等,分析这些因素对定位精度的影响程度并采取相应的补偿措施,有利于更精确地实现对目标的定位。     

基于单波束仰扫回波信号强度处理的船舶吃水检测技术

针对内河船舶超吃水引发的船舶安全问题,提出单波束声呐在水下仰扫,对目标船舶回波信号的强度值进行处理并滤除干扰误差,测量内河船舶动态吃水值的检测方法。采用自适应阈值法甄别仰扫单波束声呐发射到船底的回波信号,利用中值滤波滤除回波信号异常数据得到单波束声呐到目标船舶底部的距离,用测深传感器测得的水深值减去此距离得到船舶的实时吃水值。对不同吃水值的模拟船舶进行吃水测量实验,结果表明:该系统能够较为准确测量船舶吃水值。     

一种特征增量门限MIMO阵列多目标检测方法

正交波形MIMO雷达各阵元发射相互正交的波形信号,采用低增益的宽波束照射探测空域.其基本思想是通过波形分集技术,分别获取空间分集和虚拟孔径以提高雷达的探测性能.利用信号和噪声特征值大小以及特征增量之间的差异,提出了MIMO阵列特征增量门限(Eigen Threshold,EIT)多目标检测方法(MIMO-EIT),并与常规阵列算法作比较,通过计算机仿真说明MIMO-EIT方法多目标检测能力优于传统相控阵EIT方法.     

基于水下高速小目标末弹道测量的实孔径成像声呐波束形成研究

针对在没有水下弹道测量系统配合的水域利用实孔径成像声呐测量高速小目标末弹道应用背景,成像声呐需要低旁瓣波束形成,本文提出一种基于Dolph-Chebyshev加权的波束形成方法,给出该波束形成方法的阵列设计约束条件和权值计算方法,通过Matlab仿真实验定量分析几种常规波束形成方法的性能,证明该方法相对于其他常规圆阵波束形成方法的优势,以期供相关声呐波束形成设计参考。     

基于波束形成的目标空间特征提取

由于海洋环境的复杂性,给水下目标识别带来很大难度。目前的识别技术主要在时域、频域及时频域。波束形成技术是近年发展起来的研究目标识别的一种重要方法。本文基于水中目标回波信号,应用波束形成及空间谱分析技术,从时空间域获得目标回波的亮点、尺度特征,并利用实测数据验证方法的可行性。     

基于傅里叶变换的尾流光散射检测信号处理

在水下目标探测系统中,由于受到水下噪声反射、磁性干扰等多种因素,会对探测结果造成干扰。尾流光散射检测可以有效消除水下噪声及电磁干扰,算法精度与实时性是整个信号检测系统的重要指标,解决的关键是滤除光电转换器中的系统噪声。傅里叶变换能够同时在时域及频域描述信号特征,结合滤波器可有效进行原始信号的分解、滤噪。本文研究了基于傅里叶变换的尾流光散射检测信号处理算法,最后对算法进行仿真分析。     

水下复杂目标在空间中低频散射场的TSS-FDTD分析北大核心CSCD

[目的]随着人类对海洋资源的逐步开发,海面下运行的航行器数量激增,由此带来的对航行器等水下复杂目标的电磁探测问题亟待解决。[方法]基于总场-散射场源时域有限差分方法(TSS-FDTD)和海面上下表面的场值转换算法,分析水下天线阵列源照射水下航行器目标产生散射场的空间分布规律。通过计算得到水下天线阵列与复杂目标附近区域的场分布、整个水下空间的场分布和海面上方的场分布,并将目标与源在不同相对位置的3组模型在空间中的散射场进行对比分析。[结果]结果表明:在海水内部环境中,不同目标模型的散射场差异较大,通过观测该散射场可确定目标的存在;而在海面上空,不同目标模型的散射场差异较小,通过观测其散射场均值和能量分布情况也能确定目标是否存在。[结论]研究结果可为相似工作频段的探测雷达提供数值参考,为水下航行器探测、水下救援、打捞沉船等工程领域提供技术支撑。     

基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。     

水面船舶运动姿态对声散射特性的影响北大核心CSCD

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

一种基于小孔径基阵的高精度水下目标被动定位方法

研究小孔径基阵条件下的高精度水下目标被动定位是一个具有实用价值的问题。提出一种基于矢量水听器和小孔径标量圆形阵的高精度水下目标被动定位方法。将矢量水听器置于标量圆形阵的圆心处,综合利用标量阵常规波束形成的稳健性和矢量水听器的测向原理,可大幅提高目标的测向精度。并利用多个基阵进行空间方位交汇可对目标进行测距。当存在多个目标时,通过基阵两两组合进行“举手表决”剔除伪解的方法,还可分辨多个目标。仿真结果表明,在4个基阵围成的边长5 km的正方形探测区域内,3个目标测向精度均在1°以内,相对测距误差低于5%,验证了该方法的有效性。     

一种基于小孔径基阵的高精度水下目标被动定位方法

研究小孔径基阵条件下的高精度水下目标被动定位是一个具有实用价值的问题。提出一种基于矢量水听器和小孔径标量圆形阵的高精度水下目标被动定位方法。将矢量水听器置于标量圆形阵的圆心处,综合利用标量阵常规波束形成的稳健性和矢量水听器的测向原理,可大幅提高目标的测向精度。并利用多个基阵进行空间方位交汇可对目标进行测距。当存在多个目标时,通过基阵两两组合进行"举手表决"剔除伪解的方法,还可分辨多个目标。仿真结果表明,在4个基阵围成的边长5 km的正方形探测区域内,3个目标测向精度均在1°以内,相对测距误差低于5%,验证了该方法的有效性。     

基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术

大孔径拖曳线列阵受舰艇横向机动、洋流影响和水动力影响时会产生一定的阵形畸变,阵形畸变使得波束形成时阵列流型失配,进而降低了波束分辨率和信号的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右双子阵分别做波束形成,通过最大似然时延估计算法估算对应波束的时延差,再依据估算时延差对左右波束进行延时求和得到最终的波束信号。仿真和海试数据证明,相对于全阵直接做波束形成的方法,基于时延估计的分裂阵的时域波束形成技术有效提高了波束分辨率和信号的增益。     

雷达训练系统目标回波信号模拟方法研究

对光学区扩展目标的散射特性进行分析,建立了基于多散射中心及线性调频体制宽带雷达的目标回波模型,同时给出了雷达回波数据的存储模型及处理方法。在此基础上对扩展目标作径向和非径向匀速直线运动两种情况下的回波信号进行模拟仿真为验证回波模型的正确性,对仿真的回波数据分别进行脉冲压缩和多普勒处理,得出的目标的一维距离像和速度维正确地反映出目标特征,表明模型可行有效,为后续的目标特征提取、目标识别奠定了基础。     

水下油气泄漏声学探测实验

如何快速有效探测识别水下油气泄漏是目前亟需解决的技术难题。通过实验选取5种油样和2种沉积物布设不同直径、含油量的探测目标,并通过多波束声呐在水池内开展60组声学探测实验。实验表明,海底含油沉积物与海底沉积物的散射强度差值为10 dB,水柱中的油气与水体背景的散射强度差值为7 dB。声学探测是油气泄漏探测的有效方法。     

声呐员回声训练环境仿真技术研究

近年来,随着水下目标声特性测试技术及测试需求的提高,测得了大量的宝贵数据。如何建立完善的水下目标声特性数据库并充分利用这些数据,使之服务于水下战场成为当务之急。声呐员是舰船、潜艇上的＂千里眼＂、＂顺风耳＂,对海军作战具有很重要的作用。基于水下目标声散射特性数据库的声呐员训练环境仿真是以方便声呐员基地训练为目的,把水下目标声散射特性数据充分应用于声呐员的回声训练。仿真结果能够很好地模拟真实数据,为声呐员在基地训练提供服务。本文介绍了数据库设计以及基于此数据库的声呐员训练环境仿真。