基于伪随机编码的鱼雷自导多波束信号产生方法

针对鱼雷主动自导同时多波束发射时,指向不同方向发射信号叠加导致干涉相消,使得各通道间发射信号能量一致性较低、视场区域能量覆盖均匀性较差等问题,本文研究了一种基于伪随机编码的鱼雷自导同时多波束信号产生方法。通过减小指向不同方向发射信号间的相关性,降低同时多波束发射信号叠加时的干涉效应,从而提升发射通道能量一致性。以自导视场内能量均匀性为标准,通过计算机仿真验证了其性能。仿真结果表明,采用本文方法,各通道间发射信号能量一致性和视场区域能量覆盖均匀性得到了明显改善,改善程度与码元数密切相关。

基于虚拟时间反转镜的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法

研究了利用垂直阵测量舰船辐射噪声过程中因水声信道的多径效应对测量性能产生的影响,建立了基于声场模型的舰船辐射噪声测量的数学模型,推导了基于虚拟时间反转镜辐射噪声测量的理论公式,提出了一种基于虚拟时间反转镜技术的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法。该方法首先采用基于波束积分的SCOOTER模型,根据海洋环境参数计算出辐射声源至测量水听器之间的信道传输函数,然后,用计算出的信道传输函数对接收信号做虚拟时反处理,以消除或减弱信道多径效应对接收信号的影响,从而提高舰船辐射噪声级测量精度。针对典型的浅海声信道,进行了计算机仿真试验。结果表明,该方法能有效地进行舰船宽带辐射噪声测量,当阵元个数满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。

非均匀海洋环境噪声中的匹配场处理舰船辐射噪声级估计方法

在实际舰船辐射噪声测量过程中,受非均匀海洋环境噪声的影响,导致常规测量方法的性能急剧下降,基于此,提出了一种非均匀海洋环境噪声背景中的垂直阵舰船辐射噪声测量方法。根据水声信道传播理论,建立了由海面多个空时独立均匀分布噪声源构成的非均匀背景噪声场模型,推导了非均匀海洋环境噪声场中垂直阵舰船辐射噪声估计的理论公式。针对典型的浅海水声信道,进行计算机仿真实验,分析了该方法的测量性能并与常规匹配场测量方法进行对比,结果表明:(1)该方法能有效克服非均匀海洋环境噪声对测量结果的影响,测量误差较小;(2)相同测量条件下,该方法测量性能优于常规匹配场舰船辐射噪声级测量方法;(3)当信噪比满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。

匹配场处理舰船辐射噪声级估计方法

针对水声信道对舰船辐射噪声声传播的影响,进而导致声源级测量结果不准确的问题,提出了基于匹配场处理的舰船辐射噪声级估计方法。在海洋环境噪声为空间均匀高斯白噪声的假设下,当海洋环境参数已知、信噪比满足一定要求时,匹配场处理能有效地给出被测噪声源的位置信息及该位置处的能量响应。从能量估计角度出发,推导了声源位置处匹配场输出响应的能量修正因子计算公式,从理论上证明了匹配场处理在被测声源位置处输出响应与能量修正因子的乘积为真实声源级的最小方差无偏(MVU)估计。该方法首先选择合适的声场计算模型计算拷贝场向量,对接收到的辐射噪声信号进行匹配场处理,得出接收信号级和被测声源位置;其次利用该位置所对应的拷贝场向量替换能量修正因子公式中的真实信道传输函数以计算能量修正因子的估计值;最后由接收信号级与能量修正因子估计值相乘得出舰船辐射噪声声源级的MVU估计。针对典型的浅海水声信道,进行了计算机仿真试验,结果表明:该方法能有效地进行舰船辐射噪声测量,当信噪比满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。

超指向性小孔径圆柱阵舰艇辐射噪声源分辨与测量方法

解决了舰船辐射噪声测量过程中采用大孔径基阵易受到水声信道影响及布放实施困难的问题。在该方法的研究过程中,提出了一种利用超指向性小孔径圆柱阵对舰船辐射噪声源进行分辨与噪声级测量的方法。该方法利用超指向性小孔径圆柱阵主瓣宽度较窄、增益较高的特点,可同时实现对舰船多个辐射噪声源的分辨与噪声级测量。首先建立了具有超指向性的圆柱阵波束形成理论模型;其次,推导了基于超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声测量的理论公式;最后,通过计算机仿真实验分析了超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声源分辨能力及噪声级测量性能。仿真结果表明:当阵元间距与波长之比小于0.5时,超指向性波束形成的指向性指数远大于常规波束形成,能有效分辨舰船低频辐射噪声源;该方法能有效地测量舰船低频辐射噪声级,并且测量误差较小。

不确定海洋环境中基于主成分量的稳健检测器

传统的信号检测算法在不确定的海洋环境中性能出现下降。基于贝叶斯原理的最优检测算法可以实现对不确定海洋环境中信号的有效检测，但是其突出问题是计算量较大。本文提出了一种基于主成分量分析的稳健信号检测器，该检测器利用贝叶斯原理将环境先验信息引入到检测算法中，同时使用主成分量分析方法来降低运算量，实现了对信号的快速有效检测。分别使用标准失配海洋模型和海上实测数据进行了计算机仿真和实验验证，结果表明：（1）基于主成分量的稳健信号检测器检测性能达到最优贝叶斯检测器的效果。（2）本文方法在线运算速度是贝叶斯最优检测器的5^一8倍。（3）环境先验信息失配的情况下，扩大海洋环境参数模型的不确定度范围有助于提高检测性能。

基于模态分解的最小方差模态滤波器

针对浅海的复杂水声环境,提出了一种基于模态分解的最小方差无失真响应(MVDR)的自适应模态滤波器,利用接收阵列的声场数据和声速梯度数据,估计了各阶简正波复幅度系数。最小方差模态滤波器提取声场某阶模态时,可以抑制其它模态和噪声的影响,减弱模态滤波器对阵列长度的依赖性及对噪声的灵敏度。通过计算机仿真研究了最小方差模态滤波器的性能,并与其它线性模态滤波器进行了对比,结果表明:该自适应模态滤波器比其它线性模态滤波器能更精确地估计各阶简正波复幅度系数,并且具有良好的环境适用性特点。

低信噪比下的浅海水声稀疏信道估计

研究了浅海水声稀疏信道的估计方法,并在此基础上提出了一种应用于低信噪比且相邻路径最小时延差小于经典匹配跟踪算法可以分辨情况下的信道估计算法。所提出的信道估计算法基于最小二乘准则,利用浅海水声信道的稀疏特性,同时结合匹配跟踪算法,将信道脉冲响应函数的l1范数作为代价函数,并将其转化为凸优化问题进行求解。仿真实验验证了提出方法的有效性。

基于最小方差无偏估计的目标定位算法研究

广义互相关时延估计方法(GCC)由于具有计算简单和易于实现的特点,因此在实际的被动声源定位系统中得到了广泛应用。随后出现了不同加权函数的GCC定位算法,但是在不同环境中各个加权函数的选择不同,时延估计误差不同。提出了基于最小方差无偏估计(MVU)的时延估计算法,对多种加权函数下的时延估计建立数学模型,然后用最小方差估计出最优的时延估计值。仿真实验表明,这种方法使估计精度明显提高。

不确定浅海环境中基于水平阵稳健子空间估计的宽容检测方法

环境参数在复杂浅海环境中通常是不确定的,从而制约了匹配模型类高性能方法的检测性能。对于水下目标检测问题,需要更宽容的检测方法。在以往的研究中,稳健模态子空间检测方法具有兼顾高性能和稳健性的特点,但该检测器适用于垂直阵,性能受浅海深度的限制,因此考虑适用于水平阵的宽容检测方法。子空间检测方法是一类具有一定稳健性的检测方法,其性能取决于信号子空间的估计。通过不确定波数重采样的方式将不确定环境和未知目标位置参数引入水平阵信息观测矩阵,得到了不确定环境中信号子空间的稳健估计方法。结合信号子空间的稳健估计提出了一种对不确定参数具有宽容性的子空间检测器,通过浅海不确定环境中的仿真检验,证明该检测器具有较高的平均检测能力同时对不确定参数有一定的宽容性。

基于傅里叶积分法的非对称平面阵目标方位估计方法

针对声呐浮标基阵受平台尺寸的影响而信号处理增益及方位分辨力有限的问题,提出了基于傅里叶积分法的适用于非对称平面阵的目标方位估计方法。首先,在傅里叶积分法的基础上,推导了适用于非对称平面阵的目标方位估计理论公式;其次,在各向同性噪声场背景下,计算机仿真分析了该方法的弱目标探测能力、多目标分辨性能及稳健性。理论分析和仿真实验表明,所提方法可以获得远大于原始基阵孔径的虚拟阵列,在低信噪比下可以获得优于传统自适应波束形成的目标方位估计性能,且具有较好的稳健性。

基于导向矢量修正的空间临近强干扰阻塞方法

针对空间临近强干扰下常规干扰阻塞法导致的空间谱基底起伏和目标峰值衰减问题,提出一种基于导向矢量修正的空间临近强干扰阻塞方法。理论推导了阻塞矩阵处理后多重信号分类法(MUSIC)的空间谱表达式,在分析空间谱基底起伏原因的基础上,给出了模值一致化约束下的导向矢量修正公式。计算机仿真实验表明,该方法解决了空间谱基底起伏问题,恢复了弱目标谱峰;与传统干扰阻塞法相比,更适合空间临近强干扰场景,且对信噪比和阵元数的要求更低。

单舰双基地声纳鱼雷定位技术及误差分析

单舰双基地声纳对鱼雷目标进行定位时,由于基线较短,测向信息(DOA)误差较大,系统对目标的定位精度不足。提出一种以双基地声纳测向信息为观测量的卡尔曼滤波定位算法,并进行理论推导和仿真计算。仿真结果表明:相比于传统交叉定位算法,该算法可将双基地声纳系统对来袭鱼雷的定位精度提高37%(0.13R)。

R-R型双基地声纳鱼雷定位技术及测距精度分析

针对R-R双基地声纳对鱼雷被动测距及定位的问题,首先分析了测向精度和基线间隔对目标测距精度的影响规律,并在此基础上,研究了基于最小二乘法的双基地声纳被动定位方法。仿真结果表明,最小二乘法可用于R-R型双基地声纳目标被动定位,可有效跟踪目标的运动轨迹,其定位精度与声纳测向精度和基线长度相关联。

一种仿生技术用于小尺度阵列测向的可行性分析

为实现远距离探测,阵列孔径往往十分庞大,严重影响系统机动性和隐蔽性。奥米亚棕蝇双耳间距非常小,但却可以对其寄主实现高精度定位,研究表明此特性主要归功于其双耳之间的一种特殊耦合结构。将此耦合结构运用于阵列测向系统,可以在保证测向精度和空间分辨力的前提下,大大缩小阵列孔径。通过仿真分析了此仿生技术在小尺度阵列测向系统中使用的可行性,分析结果表明此技术在阵列测向系统小型化方面具有较大的潜力。

噪声压制干扰器对线列阵声纳的干扰效能分析

作为水声对抗重要手段之一的噪声压制干扰器,其干扰效能直接关系到被保护目标的生存概率。为分析噪声压制干扰器对线列阵声纳的干扰效能,首先根据被动声纳方程建立了噪声压制干扰器作用效能理论模型,推导干扰有效作用范围和干扰成功掩蔽区的计算方式;然后结合被动声纳系统的线谱和连续谱检测技术,分别分析噪声压制干扰器对线谱和连续谱检测性能的影响规律。仿真实验表明,减小干扰器与被保护目标的方位夹角、缩短干扰器投射距离、适当增加干扰器噪声发射功率,可以增大干扰作用范围、提高干扰效能。

实时MIMO三维成像声纳系统设计与FPGA实现

设计了一种基于FPGA阵列及多级波束形成的实时MIMO三维成像声纳系统。该系统将一个30×30的平面阵分解为若干小规模线阵,分级实现方位维和俯仰维波束形成。相比全阵波束形成,多级波束形成运算量下降了一个数量级,存储量下降了5个数量级,可实现±25°范围内目标实时三维成像,角度分辨率最优可达0.1°,距离分辨率2.4 cm。多级波束形成方法可大大提高实时三维成像声纳的可实现性,极大地促进实时三维成像声纳从技术研究向工程应用转化。

不确定海洋环境中的模态子空间重构稳健定位方法

实际的海洋是一个不确定的声传播环境,常规的匹配场方法在进行目标定位时会遇到环境失配的问题,导致定位性能下降.在不确定的海洋环境中,声场传播中的一部分简正波模态受到声场不确定性的影响较小.基于此,本文提出了一种模态子空间重构的稳健定位方法.该方法使用稳定的模态来重构拷贝场向量,相比于常规匹配场定位方法中使用全阶模态来构造拷贝场向量,其定位结果更加稳健.利用计算机仿真数据和海试数据进行了定位性能分析,并给出了常规匹配场定位方法和稳健最大似然定位方法作为对比.研究结果表明:1)不确定海洋环境中,常规匹配场定位方法即使在较高的信噪比条件下其定位性能也较差.2)模态子空间重构定位方法的性能优于常规匹配场定位方法和稳健最大似然方法.

电磁信号安全防控技术探讨

电磁空间安全是影响国家安全的重要因素,本文简述了电磁信号安全防控的必要性,分析了电磁信号泄漏途径,在此基础上从应用的角度,介绍了电磁信号安全防护的重点领域及检查对象。