海底混响非瑞利特性研究及神经网络应用

基于单元散射理论介绍了瑞利分布模型和K分布模型,通过计算混响偏度和峰度判断出海底混响偏离瑞利分布模型,并利用CW信号、LFM信号的试验混响数据进行阵元域、波束域上的PDF曲线拟合。结果表明,海底混响的统计特性更趋向于K分布模型。利用BP网络方法和海底混响、点目标仿真信号的PDF特性进行了目标识别验证,其正确识别率达到了92%以上,且计算量大大降低。     

基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用 Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用 GPU相比于 CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用 GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于 K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。     

基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用GPU相比于CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。     

基于多途径的混响建模与仿真

在浅海均匀声场中,多途径传播的混响更接近实际条件下混响的统计特性。因此,本文对基于多途径利用与单元散射模型相结合的网络模型对海底混响信号进行仿真分析,具有明确的物理意义。近年来关于海底混响的研究发现,其包络偏离瑞利分布,更趋向于K分布。对混响信号建模仿真的同时也对海底混响信号进行了统计分析,从频率特性和包络统计两方面验证方法的有效性。对实际海洋混响信号的研究以及基于混响背景下的其他方面研究具有较高的应用价值。     

浅海典型声速近程海底混响数值仿真

浅海混响以海底混响为主。本文选取对浅海近程海底混响贡献较大的声线采用射线声学理论,数值计算浅海3种典型声速分布下的海底混响时域信号和混响强度,分析声速分布、脉冲宽度及负跃层声速条件下声源深度对海底混响衰减的影响。计算结果表明:浅海近程混响强度随着时间振荡衰减,不同声速、不同声源深度下混响强度具有相似的衰减特性,但振荡衰减的"波峰"和"波谷"会随着声速分布、声源深度变化而变化。     

浅海典型声速近程海底混响数值仿真

浅海混响以海底混响为主.本文选取对浅海近程海底混响贡献较大的声线采用射线声学理论,数值计算浅海3种典型声速分布下的海底混响时域信号和混响强度,分析声速分布、脉冲宽度及负跃层声速条件下声源深度对海底混响衰减的影响.计算结果表明:浅海近程混响强度随着时间振荡衰减,不同声速、不同声源深度下混响强度具有相似的衰减特性,但振荡衰减的"波峰"和"波谷"会随着声速分布、声源深度变化而变化.     

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。     

海底三维散射模型仿真研究

海底声散射强度是浅海混响预报的一个重要物理量.采用Jackson复合粗糙度模型研究了非均匀海底界面的声散射问题,对模型进行了理论推导和仿真计算,利用已发表的海底散射强度实测数据与模型仿真结果进行对照,验证了模型的正确性,并就海底沉积物类型和海底声学特性参数对海底反向散射强度的影响进行了分析.     

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.     

浅海近距离混响空间方向性试验

三分量压差式矢量水听器能够同时测量声场的声压p(t)和振速的2个正交分量vx(t),vy(t).为了研究混响的空间特性,以瞬时声能流和瞬时方位为基础,利用2个压差式矢量水听器同时对浅海近距离混响场的水平方向性和垂直方向性进行测试和分析.结果表明:声能流方法可以大致地描述混响场的方向性特性,能够揭示散射信号方位角或散射体的空间分布,同时还可以检测和判断目标的距离和方位,并且对海面和海底散射特性的研究以及主动声呐探测都具有重要意义.     

基于混沌理论的混响背景下目标检测方法

响应使得海底目标检测更加困难,针对当前混响背景下目标检测方法存在的检测误差大、抗干扰能力差等不足,以提高混响背景下目标检测精度为目标,提出了基于混沌理论的混响背景下目标检测方法。首先对当前混响背景下目标检测方法进行分析,找到引起检测误差大、抗干扰能力差的原因,然后引入小波分析对混响背景下目标信号进行去噪,提高其抗干扰能力,并通过混沌理论对混响背景下目标信号进行相空间重构,最后采用神经网络对混响背景下目标信号进行分类,实现目标检测,并与其他混响背景下目标检测方法进行对比测试,验证了本文方法是一种精度高、抗干扰能力强的混响背景下目标检测方法。     

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。     

运动声纳界面混响仿真研究

研究了一种基于空间非均匀分布散射元信号合成的运动声纳混响信号仿真方法。综合考虑了发射信号形式、声纳运动特性、海洋环境等多种混响影响因素,实现了对运动声纳混响信号的数学仿真。对仿真混响信号及其概率密度分布、空间相关系数进行了检验,结果证明了仿真的有效性。     

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。     

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。     

海杂波典型幅度分布模型的仿真分析

为改善舰载雷达目标检测的性能,对瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布和K分布四种典型海杂波幅度分布模型进行模拟仿真,分析了四种分布模型的特点规律,并采用海杂波实测数据,对模型进行拟合度检验,实验结果表明,K分布海杂波模型实用性广,能够在不同参数下描述多种海况的海杂波分布规律,为抑制海杂波提高目标检测性能提供了理论依据。     

M序列信号在主动声纳中的性能研究

对于主动声纳探测浅海区域的慢速小目标而言,混响无疑是最为主要的干扰。由于混响信号主要源自于发射信号,频域上和发射信号本身频谱有着密切的关系,常规的匹配滤波器已不是最佳检测器。论文利用混响和目标回波之间的多普勒差异作为检测的特征量,介绍了主动声纳中的一种新的探测信号,M序列信号。即通过M序列对CW信号进行编码而扩宽其带宽,在保留CW信号敏感的多普勒特性的同时提高时延分辨力。文中借助模糊度函数以及Q函数作为分析工具,具体对比了传统的CW信号、LFM信号以及该信号对混响的抑制能力。Matlab仿真结果表明,该编码信号具有较之CW和LFM信号更好的抗混响能力以及更优的速度—时延分辨力,适用于浅海环境中对慢速小目标的探测。     

非均匀介质中宽带信号的混响仿真

提出了一种非均匀介质中宽带信号的混响仿真模型,给出了简要的理论介绍、具体的实现方法和相应的仿真结果.它是基于声波的射线传播理论和单元散射理论,通过模拟海面、海底以及体积混响的物理形成过程实现混响仿真.