一种深海船舶低频水声信号的快速捕获算法

海洋中存在大量的噪声及混响干扰,为进一步提高船舶声呐系统的探测距离,需要从干扰背景中,对信号进行有效检测,为此运用水声信号处理技术中的快速捕获算法.明确水声信号的传播特性,了解并掌握信号的捕获原理.通过对经典捕获算法的分析发现,它们在实际应用中存在不足,以现有的算法为基础,提出一种改进算法.经验证该算法在深海船舶低频水...     

OFDM同步算法在水声通信系统中的分析与仿真

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术的抗多径衰落能力可以很好的改善信号在水声信道中的传播性能,同步算法是OFDM技术在水声通信中得以运用的重要环节。通过分析基于CAZAC序列的Guangling Ren和Seung同步算法的特性,并将这两种算法用于水声通信的性能分析与比较。仿真和分析表明,这两种同步算法均可以较好地应用于水声通信中,并且在多径传播时延严重的情况下Seung算法同步性能优于Guangling Ren同步算法。     

小尺度水下多信标定位系统设计

本文设计了一种基于短基线的、适用于小尺度水域(目标在工作范围200m以内)的水声定位系统。系统主要由8通道信号采集设备、水声接收基阵和水下信标组成,通过基阵与信标之间收发的声信号,来完成对信标的定位。声信号为6阶的m序列伪随机码,其产生与发射由MSP430单片机控制。利用码分多址技术区分多个信标发出的声信号,并结合8通道的水声数据,通过匹配滤波的方法获取各声信号的传播时间,最后采用牛顿迭代法求解定位方程,获取信标位置。信标的设计制作费用在一百元以内,成本较低可即用即弃,省去了复杂的信标回收工作。模拟海洋环境的情况下的测试分析显示,该系统的作用距离与定位精度可满足小尺度定位的要求。     

水声信号监测系统设计与实现

该系统采用虚拟仪器技术、游标测量技术、声信号检测分离技术等关键技术,本着试验测控装备体积小、重量轻的原则,采用VC++、Lab VIEW编程软件实现信号的采集、实时显示及事后频率处理、回放,实现对水声信号的监测与观察,对水声设备试验中各参试设备工作是否正常作出判定,为试验中的异常情况提供了强有力的分析结果,避免评定结果出现争议。     

神经网络在船舶水压场信号检测中的应用

在现代战争中,各种水声探测设备被开发出来,用于对我方船只和敌对船只的监测。这些水声设备的基本原理都类似,即基于对水压场的探测,获得目标物的信号特征,并由此甄别出目标物的运动状态。如今人工智能的应用,极大提高了水压场信号的检测水平。本文重点研究舰船水压场的信号检测技术,并基于神经网络算法对舰船的水压场模型进行分析。通过对水压场信号的分析,获得舰船模型的水压场数据。利用Autodyn软件对模拟船舶的水压场状态进行仿真,给出压力强度变化曲线。     

声场模型的海洋水声信道通信系统研究

海洋环境通常复杂多变,时常受到时变、频变、空变随机特性及噪声引起的各种干扰,造成海洋水声信道中的通信过程中存在着严重的信号失真和畸变,极大地降低了水声通信系统的可靠性和有效性。因此对水声信道进行研究和特性分析,对于设计水声通信系统而言意义重大。本文进行基于声场模型的海洋水声信道通信系统中的信道分析与仿真,采用Kraken简正波模型对海洋信道通信系统的传播损失特征进行分析。仿真结果表明,Kraken简正波模型应用于海洋信道通信系统传播损失特征分析的可行性和有效性。     

深海水声探测特性研究

为改善水声探测系统的信号检测性能,研究了在深海环境下水声探测的特性.在对浅海和深海声传播特性进行比较的基础上,分析了深海声传播的优越性.通过对不同海洋深度声源的声传播特性仿真分析,证明了深海环境有利于实现远距离声传播.在一定信号接收带宽的情况下,计算了位于深海区域的水声探测系统对安静型潜艇的最大被动水声探测距离,进一步证明了深海环境有利于实现远程水声探测.研究结果为在深海环境下探测安静型潜艇提供了理论依据.     

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。     

水声对抗仿真及其海洋环境平台综述

简要介绍了国内外水声对抗及其仿真的状况,提出建立充实、正确、快速的涵盖动态海洋环境数据库及其经验模型和以水下声传播为基础的海洋声传播、混响及噪声模型两大方面的海洋环境平台,是水声对抗仿真的坚实基石。     

基于LabVIEW的水声信号发生器设计

针对声传播损失试验中对吊放水声信号的需要,考虑到水声信号的复杂性,论文提出了基于虚拟仪器技术的水声功放信号发射系统设计方法,并以LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)为开发平台设计开发了用于水声发射换能器的信号选择、参数设置等多功能水声信号发射控制系统。该系统可以根据需求自定义选择配置发射连续或脉冲信号,可实现信号周期、幅值等参数选择,且减少了硬件开发成本,具有较好的应用价值。     

基于卷积神经网络与时频分析的水声通信前导信号检测方法

前导检测是水声通信中的关键步骤。传统信号检测算法无法有效克服多径和干扰的影响,在复杂水声信道环境下,检测性能会明显下降。卷积神经网络具有强大的表征学习能力,能够通过大量数据自动提取图像特征,在图像识别应用中具有突出优势。以双曲调频信号为研究对象,采用时频分析技术同时获取信号时域和频域信息,得到时频谱图,并通过均值滤波处理提高信噪比。将时频谱图作为卷积神经网络的输入,训练并测试网络,最终得到HFM信号的检测结果。千岛湖试验结果表明,该方法能够大幅提升远距离、强多径条件下前导信号的检测概率,与传统检测算法相比性能优越。     

实时信号检测在水下信号识别中的研究及系统仿真

舰船作为一种军民两用的交通工具,既是一种重要的交通运输工具,又是一种重要的军事装备。不论是在民用领域,还是在军用领域,都需要对水下信号进行检测和识别。由于电磁波在水中传播的干扰较大且衰减较快,电磁波在水下通信领域的应用较少。现在普遍采用声波作为水下通信的主要方式,本文对水声通信系统及对相关检测技术进行仿真分析,验证相关检测技术在水下信号识别中的应用价值。     

基于双扩展信道时空的水声通信算法

在现代海洋探测业务中,基于水声通信的应用领域越来越广泛,如水下目标检测跟踪系统、海底声呐系统等。同时,水声通信系统信号传输的频带范围较窄,如何在有限的频带范围最大限度的提高通信容量是水声通信的主要研究方向之一,而时空阵列技术能够在同一信道内进行多路信号的传输,在扩展通信系统容量方面具有天然优势。本文在研究时空阵列通信及水声通信系统的基础上,提出一种基于双扩展信道时空的水声通信算法,最后给出系统仿真。     

多路水声信号抗串漏检测技术仿真

根据水下多目标定位系统水声通道特点和系统海上试验实际应用情况,建立系统多路合作水声信号检测处理仿真模型。仿真表明:采用FIR宽带滤波器、Notch滤波器组和瞬时频率方差序列等水声信号处理技术,能有效克服系统水声通道串漏、高斯白噪声和鱼雷寻的噪声对信号检测的影响,实现系统对多路合作水声信号的检测处理。     

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。     

高精度多普勒信号模拟方法研究

为便于水声定位系统在实验室环境下进行电联调实验,本文利用虚拟仪器集成环境Lab VIEW,采用内插拟合算法,设计并开发了可产生高精度多普勒信号的水下目标模拟器。该模拟器可根据需求模拟真实海洋环境中的各种目标信号。仿真结果证明,内插拟合算法适用于任何信号形式,任意变化的的多普勒。实验室电联调及湖试试验结果证明,目标模拟器验证了该算法的正确性,满足用户的需求。     

基于GPU的实时水声信道仿真实现

对于水下无人系统跟踪定位、水声通信等技术而言,水声信道估计的实时性至关重要。本文首先简要分析了水声在浅海中的传播特性及信道模型,包括声速建模、传播衰减建模及本征声线的搜索模型;其次为了满足水声信道估计实时性的要求,基于GPU利用OpenCL环境进行仿真实现。最后通过结果分析,说明了本文对于水声信道的建模合理正确,同时也满足了实时性这一要求。     

浅海高频水声信道统计特性分析与仿真

为研究浅海高频水声信道,基于虚源法和Xiao模型建立高频水声信道模型,对其统计特性进行分析并仿真,得到高频水声信号的传播损失以及接收波形。结果表明:本文建立的高频水声模型的统计特性与理想Rice衰落过程高度吻合,传播衰减规律与球面扩展传播衰减相一致,海面(海底)反射系数对本征声线幅度衰减有明显影响。由于信道的衰减、相移以及频散等作用,接收信号波形与发射信号相比发生明显变化。     

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

声呐作用距离与水文条件密切相关,同样一部声呐在不同的海洋环境中其探测性能往往相差十分悬殊。除了声呐设备本身性能外,水声环境对声呐探测性能也有相当大的影响。针对潜艇经常活动的浅海区域,介绍浅海水声传播机理,建立不同水文条件下声传播的射线声学模型。对3种典型水文条件下的声传播规律仿真,提出了声呐如何根据不同水文条件进行合理使用的策略,为提高声呐探测性能的稳定性提供参考。