探测掩埋小目标的声纳信号波形设计研究

在分析掩埋小目标探测对声纳信号设计的总体要求基础上,结合模糊函数分析,重点从距离分辨力、测距精度、抗混响性能以及抗多途起伏等方面对伪随机相位编码信号的探测性能进行了研究,验证了探测掩埋小目标较合适的声纳信号形式是多频伪随机相位编码信号。     

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.     

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。     

LFM-Costas编码信号在水下目标识别中的应用

在水声对抗中,为了有效对抗假目标和准确判别目标尺度,提出了一种具有较高时-频联合分辨力和抗混响能力的LFM-Costas编码信号形式。并在浅海混响信道模型和目标多亮点模型基础上研究了LFM-Costas编码信号的目标尺度判别性能。通过仿真和海上试验,表明LFM-Costas编码信号在混响背景下能准确判别目标尺度,具有一定的工程应用价值。     

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。     

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.     

主动声纳的低截获性数字仿真研究

在现代海战中,舰艇面临着越来越严峻的敌方侦察声纳的威胁.低截获是一项非常诱人的技术.低截获声纳通过选择合适的发射信号,在保持探测能力的同时,降低被敌方侦察声纳截获的概率.采用数字仿真的形式,分析浅海侦察声纳信号能量的变化,研究主动声纳的低截获性.仿真结果表明在高斯噪声背景下,主动声纳实现低截获性相当困难.     

主动声纳混响模拟及性能分析

根据混响的统计特性和信号的谱特性,对主动声纳典型信号的混响进行仿真,结合试验数据对仿真结果进行对比检验,并结合不同的信号检测方法,用仿真数据与海试实录数据进行抑制混响的能力分析,证明提出的混响仿真方法对主动声纳设计的实用性。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于短时傅立叶变化反鱼雷鱼雷主动声引信浅水检测方法

反鱼雷鱼雷在浅水工作时,背景混响干扰强,攻击目标具有高速、尺寸小的特点。发射信号应选用高频率、窄脉冲来抗混响干扰。而对高速、小目标的检测,在频域内通过不同多普勒频移将混响与目标区分开来,可降低强混响背景干扰。利用信号在频域的特征可以获得较好的检测效果。     

主动全向声纳浮标回波信号仿真研究

声纳浮标是航空反潜主要的搜潜装备之一,对主动声纳浮标回波信号的研究是航空反潜作战的重要方面。从信号级对目标回波、混响和海洋噪声进行了计算机仿真,在此基础上建立了主动全向声纳浮标回波信号模型,并进行了计算机仿真。仿真结果参照主动声纳浮标系统将仿真的声纳浮标回波信号进行了频率历程图像显示。     

强声源对低频主动拖线阵声纳的干扰效果研究

针对低频主动拖线阵声纳通过发射低频声信号对水下目标进行探测这一特性,提出了使用强声源对低频主动拖线阵声纳实施压制性干扰的方法,并对影响强声源干扰效果的因素进行了仿真分析。结果表明,在综合考虑这些影响因素的前提下,使用该方法能够达到较好的干扰效果。     

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。     

宽带多普勒声纳系统原理及特性研究*

宽带多普勒声纳采用重复相位编码信号和复协方差算法,相对于窄带技术大大提高了测量精度。论文分析了宽带多普勒声纳的系统结构和工作原理,介绍了复协方差方法,通过对湖试数据的分析,研究了多普勒声纳接收到的信号特性,分析了时域波形和包络,指出了回波首先以混响为主,经过一定的延时后接收的信号以限带白噪声为主;分析了海底回波的幅度特征并采用滑动谱矩估计分析了接收的整个时域信号的速度特征。分析了噪声的概率密度和功率谱,并与高斯白噪声比较,得到宽带多普勒声纳接收到的噪声近似服从高斯分布的结论。     

一种抑制模糊度函数特定区域旁瓣级的波形设计方法

针对发射波形为相位编码,探测低速运动目标时存在的模糊度函数旁瓣峰值过高,容易淹没微弱目标的问题,提出了在特定区域最小化模糊度函数旁瓣级的多相编码波形设计优化算法。该算法利用低速运动目标多普勒频移很小的特点,对模糊度函数进行简化,提出了离散模糊度函数的概念,在此基础上将模糊度函数峰值附近旁瓣级的最小化转化为离散模糊度函数峰值附近旁瓣级的最小化问题,并利用循环算法进行相位编码的设计。计算机仿真结果表明,所提出的波形设计方法能够有效抑制离散模糊度函数原点附近的旁瓣级,提高探测系统对微弱低速运动目标的检测能力。     

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.