应用经验模态分解的拖船噪声信号重构及抵消方法

针对拖船干扰的时空特点,提出了将EMD(Empirical Mode Decomposition)应用于拖船噪声信号重构及抵消的方法。为了解决以往需要人工干预挑选EMD输出的多路IMF分量的缺点,提出了将多路IMF(Intrinsic Mode Function)分量与基元域信号按照线谱与连续谱分别做功率谱相关并以谱相关系数最大为准则的挑选算法。基于逆波束形成的理论,利用挑选后的IMF分量重构基元域信号,并与原始基元域信号谱减后再进行方位估计。拖曳声呐模拟器数据与实际海试数据验证结果表明,本文算法能够提高弱目标空间增益,尤其是对于靠近干扰盲区的弱目标空间增益提高明显,并且对拖船多途角扩展干扰也具有较好的抵消能力。

基于阵不变量的浅海水声目标定位技术

提出了一种基于阵不变量理论的浅海目标定位方法。在简正波理论下,推导了阵列接收信号常规波束形成波束输出与单阵元测量声压的互相关声强包络峰值关于模态传播时延和方位的分布结构。分析表明,该结构包含了目标方位和距离信息;在波束-时域声强图中,利用Radon变换提取包络峰值的分布结构,进而可以估计目标的方位和距离。仿真研究结果表明,利用该方法能够有效地对目标实现测向和测距,具有较高精度。

基于数学形态学的主动声呐探测信息净化方法

针对主动声呐探测画面中混响和被动条状干扰问题,提出了一种基于数学形态学滤波的主动探测信息净化方法。该算法通过研究数学形态学滤波器的频响特性,构造与主动声呐探测画面中目标频率特性匹配的结构元素,然后对主动声呐探测画面进行形态学滤波处理,估计主动声呐探测画面的干扰背景,最后进行探测信息净化,并利用形态学滤波对净化后图像进行增强。海试数据处理结果表明,该文方法能够有效抑制低频被动条状干扰以及混响背景,使点状目标在图像中表现更为明显,更有利于目标检测。

基于解卷积的高精度水下声信标测向方法

针对水下声信标搜寻定位声呐对搜寻定位效率的需求,文章引入一种基于空域解卷积的高精度水下声信标测向方法,对常规波束形成结果进行解卷积处理,提高了声信标搜寻定位声呐的处理增益和测向精度,提高了搜寻定位效率,并且使得为搜索发射频率为37.5 kHz的声信标设计的声呐,同时也具备了对发射频率为8.8 kHz的声信标的搜寻定位功能。通过仿真和实测数据验证了文中方法的有效性。

对转螺旋桨空化过程的噪声解调谱特性研究

依据螺旋桨辐射噪声辐射模型,在实验室环境对空化过程的对转螺旋桨辐射噪声进行解调谱特性研究。分析结果可知,在对转双桨的相互干涉与非均匀性流场的共同作用下,水下对转桨辐射噪声调制谱主要由前后桨叶频及其谐波组合构成,导致对转螺旋桨在运行时辐射噪声具有丰富的目标线谱。对转桨在未空化时,调制作用不明显;对转桨在空化初生状态时,噪声级显著提高,调制深度最深。在完全空化后,幅度调制被空化噪声所掩盖,调制作用下降。

宽带扩展性目标时反算子分解成像

在时反算子分解技术的基础上,提出了宽带全信号子空间加权成像方法。虽然扩展性目标与时反算子的特征向量不再是一一对应关系,传统的时反选择性聚焦仍然选择某一特定的信号子空间成像,而时反MUSIC只利用某一频点成像,导致定位结果背景起伏较高。为克服这些缺陷,利用时反算子的特征值判断信号子空间的个数,以广义散射系数为加权系数,实现全宽带和全信号子空间成像。结果表明,此方法的旁瓣水平明显下降。

一种基于投影层析方法的水下目标成像方法

投影层析是一种在几何上基于多角度投影实现目标与情景的像重构方法。水下散射目标具有数量众多、散射特性复杂的特点,为了有效探测到感兴趣的目标,需要重构出目标及所在情景高可靠分辨的像。因此,该文从逆问题求解的角度出发,分析了实现投影层析方法的物理条件及数学原理;并提出了一种水下目标投影层析成像的可行性方法及实现流程;通过在不同的扫描角度范围下的仿真进一步验证了投影层析方法对指定区域反射性目标探测的可行性。

波束空间能量约束的稳健自适应波束形成

为改善波束形成器在一定失配条件下的工作性能,提出了一种稳健自适应波束形成方法。该方法通过设计信号在波束空间能量分布的约束条件,利用阵列数据协方差矩阵,结合迭代二阶锥规化方法,实现信号驾驶向量的估计,最后利用该估计得到最小方差无失真响应波束形成器。该方法在较恶劣的失配条件下也可以自适应地准确估计信号驾驶向量并保证其成分无失真地通过,使系统的稳健性得到改善。数据仿真结果表明,该方法在理想条件下与成熟的对角加载法性能相当,在失配条件下则优于后者。

低频脉冲信号的频域恒虚警检测

为提高低频背景噪声中弱声呐脉冲信号的检测能力,给出了一种频域恒虚警检测方法。该方法针对低频背景噪声平稳性较差、起伏较大的特点,将频域中峰值点或极值点认为是疑似脉冲信号,通过对疑似点能量与历史背景进行比对的方式完成脉冲信号的检测判决,并且给出了相应的检验统计量获取方法、背景噪声估计方法和恒虚警检测门限的计算方法。仿真分析和实际数据处理结果表明,频域恒虚警检测方法对单频脉冲、单频-线性调频组合脉冲等包含窄带成分的弱声呐脉冲信号有非常好的检测性能。

一种利用少快拍数据的宽带干扰鲁棒性抑制算法

针对被动声呐对宽带干扰抑制的应用需求,该文提出一种利用少快拍数据的宽带干扰鲁棒性抑制算法。算法基于宽带干扰的预估方位,得到带宽内多频点叠加的导向互谱密度矩阵,以此估计出信号子空间,并采用投影法对单位向量修正,再逆转换得到干扰导引向量估计。对所有待抑制的干扰重复上述步骤,得到干扰导引向量集,进而构造抑制矩阵。对阵元域数据处理得到剔除掉干扰成分的阵元数据,再进行空间处理即可得到最终的空间谱。理论分析及仿真、海试数据处理表明,算法可采用少快拍,甚至单快拍的频域数据进行处理。在目标运动、环境状态快速变化等不适宜时间积分的环境下依然具有良好性能,同时对空间处理面临的各类失配具有鲁棒性。

一种多阵联合的拖线阵左右舷分辨方法

左右舷模糊一直是困扰拖曳线列阵声呐使用的关键技术,其制约了拖线阵声呐的使用效能。现有声呐系统装备的首端阵和舷侧阵均具有左右舷分辨能力,其与拖线阵声呐的信息互补性为拖线阵左右舷分辨提供了可能。文中提出一种多阵联合的拖线阵左右舷分辨方法,即利用舷侧阵和拖线阵公共频段的联合波束形成技术实现拖线阵的左右舷分辨,通过仿真分析验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法能够实现拖线阵左右舷分辨,平均分辨正确率不低于90%。

一种光纤光栅阵列波长解调系统

提出了一种波长扫描与时分复用相结合的光纤光栅阵列波长解调系统,通过对波长扫描光信号的脉冲调制,实现了对树状拓扑结构式大容量光纤光栅阵列的波长解调。搭建了光纤光栅阵列波长解调系统,验证了其对高复用度光纤光栅阵列的波长解调能力,测试了光纤光栅阵列波长解调性能。结果表明,该系统实现了传感器阵列各阵段光纤光栅的波长识别与解调,波长测量精度为2.5pm,短时间内测量波动在±2pm之间。