基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。

水声工程专业数字信号处理课程教学案例探索实践

数字信号处理是水声工程专业的一门核心课程,理论学习难度较大,实践性较强。结合水声工程专业特点,对课程进行了改革与实践。坚持“以学促研、以研助教”的改革导向,精选水声信号处理实际应用案例及热门前沿技术并与课程的核心教学内容有机融合;采用经典模型案例讲解式教学、综合性案例虚拟仿真式教学、创新型应用案例研讨式教学等多种模式来提升课程教学质量。经过多年教学改革探索,提升了学生的理论知识理解能力及在专业实践中的应用能力。

聚焦波束形成声图近场被动定位技术仿真研究

介绍了一种近场高精度被动定位方法——聚焦波束形成声图定位。针对全方位扫描声图定位计算量大的问题,提出了先利用中阵测向再对测得方位附近小角度进行扫描的方法,可有效减少计算量;针对单一频段存在声干涉现象提出了分频段融合的方法,可有效抑制因阵形产生的声干涉,降低声图旁瓣;为了克服多途干涉对声图质量的影响,分别采用了虚拟时间反转镜和虚阵抗多途测量技术,均能很好地抑制多途。以水平线阵为模型的仿真结果表明,聚焦波束形成技术能够实现被动目标的近场高精度定位。

Bartlett波束形成的波束零限权设计

为了抑制相干噪声源干扰,给出了一种Bartlett波束形成的波束零限权矢量设计方法,可以形成单个或多个波束指向性零点.经过理论推导给出了权的解析形式,其形式只与干扰源方位有关.与传统的自适应方法相比,它的权值不依赖于接收信号,因此具有更好的稳定性;当干扰方位确定时,权向量为只与干扰方位有关的固定形式,因此不需要实时计算,具有计算量小的优点.仿真结果表明,该权可以有效地对单个或多个干扰方向形成波束零限,且对旁瓣有一定降低作用,可用于抗相干噪声源干扰.

水平阵聚焦波束形成声图定位算法研究

为解决一些特定情况下需要的近场高精度定位问题提出了聚焦波束形成声图定位法.该方法根据测量区内不同位置对各阵元接收信号进行球面波补偿,获得目标声源的分布.根据声图来给出目标方位,距离进行定位.为了减少计算量,先测量目标方位,然后只对该方位附近小角度进行扫描.利用分频段综合的方法抑制由阵型引起的声干涉.经研究表明,该算法能够给出水下目标声源的二维声图并对近场目标进行高精度定位.

舰船辐射噪声源定位及亮点信号提取方法研究

为了降低舰船的辐射噪声,需要了解舰船辐射噪声源的分布情况以及各部位辐射噪声的特性。为此介绍了一种聚焦波束形成声图被动定位法,可以给出噪声源位置分布图;并基于此提出了亮点信号提取法,用于分离提取各部位辐射噪声信号;针对强声源信号会对弱声源信号的定位及提取产生影响的问题采用自适应干扰抵消法,抵消强声源信号来改善对弱源的声图定位效果及亮点信号提取效果。仿真研究表明,亮点提取法可有效的分离提取各亮点信号,得到的各个信号与其对应的辐射声源信号具有良好的相关性;自适应干扰抵消法可以有效减小强声源对弱声源定位、提取等的影响。

三层次“数字信号处理”课程改革与实践

“数字信号处理”是高校电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程等若干本科专业必修的一门专业基础课,也是接下来专业课程的基础和贯穿学科内容的纽带。为贯彻教育部提出的“四个关系”和“四个着力”,提出“以基础理论为主体”“以应用技术为牵引”和“以学科前沿问题为亮点”的三层次“数字信号处理”教学改革方法,使得“数字信号处理”课程能够被更好的学习与应用在实践中。实践结果表明,基于“三层次”思想的“数字信号处理”课程改革方法不仅有利于学生更好地吸收课堂教学内容,还有助于提高学生对水声工程专业其他相关课程学习的兴趣。

反卷积波束形成技术在水声阵列中的应用

反卷积波束形成技术是一种可以同时获得窄波束和低旁瓣效果的稳健高分辨波束形成方法,其在等间距声压线阵、矢量阵和圆阵中的应用效果已经得到验证,表现出了稳健的高分辨处理性能。为了将该技术更好地运用到水声阵处理中,本文对多种水下常用阵列形式的波束形成卷积模型进行了分析推导,将其按照卷积模型类型进行了分类综述,并将其划分为波束图(也可以被称作阵列的点扩散函数)移变阵列和波束图移不变阵列。总结了移不变和移变模型阵列的反卷积波束形成典型求解方法,并给出仿真结果。结果表明:圆阵、均匀声压线列阵、非均匀声压线列阵均是一维移不变阵列,平面阵是二维移不变阵列,矢量阵和共形阵是移变阵列。

基于非负最小二乘的矢量阵反卷积波束形成方法

针对现有反卷积波束形成方法无法直接适用于矢量阵等具有移变点扩散函数阵列的问题,本文给出了一种利用非负最小二乘法进行矢量阵这种移变模型的反卷积求解方法。推导了矢量阵的广义卷积模型,并在常规矢量阵波束输出、矢量阵点扩散函数字典、目标函数之间建立差函数方程组,通过最小化差函数的原则来实现对目标函数的求解,从而实现矢量阵反卷积波束形成处理。本文方法同样适用于其他移变模型阵列反卷积求解。对本文方法与传统波束形成、最小方差无畸变响应和多重信号分类方法在主瓣宽度、旁瓣级和稳健性等方面的性能进行了对比分析。结果表明本文方法在存在阵元位置误差情况下具有更窄的主瓣宽度和更低的主旁瓣比。

基于多互联网络的并行信号处理系统

在并行处理系统中,处理节点之间的通信开销是制约处理机性能提高的主要瓶颈。该文提出一种以TMS320C641X数字信号处理器为核心的并行处理系统,设计了PCI总线、串口和包交换网络等多种并行互联网络,使得输入、输出、控制等多种数据流分离,在适合的网络上传输,可以提高传输效率,实现高性能DSP与高性能互联系统的结合。

近场MVDR聚焦波束扫描声图定位方法研究

声图测量技术是一种适用于近场的高精度被动定位技术,可以用来测量舰船辐射噪声源位置的空间分布。声图测量的核心算法是聚焦波束形成。算法的分辨力与阵长、信号处理频段以及目标距离有关。当阵长一定、测量区范围给定时,算法对低频声源的分辨力较差。MVDR波束形成法可较常规波束形成获得更高的分辨力,降低旁瓣。采用MVDR与聚焦波束形成相结合的方法可提高对舰船各部位辐射噪声源的分辨力。

水声矢量信号的希尔伯特黄变换仿真研究

将希尔伯特黄变换应用于水声矢量信号处理之中,提出了矢量希尔伯特黄变换法(矢量HHT)。新方法先对水声矢量信号进行经验模态分解(EMD),再对各阶本征模态函数(IMF)信号作希尔伯特变换和矢量信号处理。经理论推导和仿真研究,矢量HHT不仅继承了矢量信号处理和希尔伯特黄变换二者原有的优点,而且比常规方法有着更高的处理增益。

近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果.

垂直矢量阵声图被动定位技术研究

在近场条件下,应用垂直矢量阵声图被动定位技术,能有效地抑制海洋多途影响,测定目标距离。由于垂直声压阵的自身指向性问题,无法测定目标方位,故讨论了垂直矢量阵的声图被动定位方法,利用矢量阵的指向性优势来获得声图测量的精确被动定位结果。仿真对比分析了水平阵与垂直矢量阵在多途条件的声图测量效果,此外,给出了单双目标2种情况下的垂直阵声图测量结果。研究发现:垂直阵声图测量由于物理优势比水平阵具有更好的抗多途性能,采用矢量阵可以克服声压阵的指向性缺陷测定目标方位,因而在多途海洋环境中利用垂直矢量阵进行近场目标被动定位具有可行性。

浅海稀疏阵声图测量实验分析

为了研究声图测量过程中由于采用稀疏阵引起的声干涉对聚焦波束形成的影响,分析了声干涉现象产生的原因,对比分析了阵列稀疏对于远场波束形成与近场聚焦波束形成影响的异同,及其对宽带信号及窄带信号影响的异同.根据对比分析认为,近场宽带信号处理的方式受阵列稀疏的影响较小,但实际舰船目标往往含有强线谱信号,因此测量过程预先通过谱白化处理是必要的.对上述宽带稀疏阵的测量方法进行了实验验证,给出了定位结果,结果表明方法切实可行.

多目标对单矢量水听器俯仰角测量的影响研究

单矢量水听器可以对单目标进行俯仰角的测量,当出现多目标时会使得俯仰角测量结果出现误差,文章通过理论推导给出了多目标情况下对俯仰角测量的影响。结果表明,当出现多目标时,尽管在两目标俯仰角相同的情况下,利用传统的俯仰角测量公式测得的结果仍是错误的,测量结果会比实际俯仰角值大。当两目标俯仰角不同时,测得的俯仰角结果也并不像水平方位角那样是合成方位,测得的俯仰角值可能大于两目标任意俯仰角值,具体值则跟两目标的水平方位夹角有关。最后,通过仿真和实验对上述分析结果进行了验证。

基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究

针对水声通信中所采用的窄带信号传输距离近和抗干扰能力不足的问题,提出一种采用线性调频(LFM)作为载波信号,采用分数阶Fourier变换作为解码方式的水声通信方案。该方案采用在时域进行LFM信号的码元分割,在分数阶变换域借用脉冲位置调制(PPM)进行解码的方法进行通信,并通过Rake接收机进行路径分集接收抑制水声信道多途效应所产生的码间干扰(ISI).该通信方案发挥了分数阶Fourier变换抗干扰能力强的优点,并且相较于传统水声通信方法具有通信速率高的特点,最高通信速率可达800 bit/s.通过大量仿真验证了该方案的可行性和鲁棒性,可应用于远程水声通信。

浅海三元阵近程被动定位实验研究

为改进三元阵被动测距性能,采用了滑动窗互相关器估计代替常规的互相关器测时延,与常规互相关器相比时延计性能明显提高,当常规的互相器无法测得相关峰时,滑动窗互相关器仍然能较准确地测得时延;采用的适用于近程的方位和距离的改进计算公式,在近程有很高的精度.利用浅海、近程的三元阵被动测距海试数据,对所采用的改进方法进行了验证,目标船为摩托艇,将测距结果与精度为20 cm的差分GPS定位结果比较,表明二者吻合较好,相对误差在米量级.

基于MVDR高分辨算法的时反定位技术研究

最小方差无畸变响应(MVDR)算法突破了瑞利限的限制,具有较高的分辨能力,但其容易受到复杂的水声环境的影响,宽容性差,因而难被应用到实际水下系统中.时间反转镜作为一种新的定位方法,可自适应修正各种多途引起的畸变,实现目标的检测和定位.针对MVDR算法宽容性差的问题,将时间反转镜和MVDR算法相结合,用于水声被动检测和定位,可充分利用水声信道的多径信息,减小复杂的水声环境对高分辨算法的影响.并研究了固定对角加载和基于RCB算法的宽容时反MVDR的被动定位性能.仿真、水池和海试实验数据处理结果证明了时反MVDR用于被动目标进行检测和定位的可行性和宽容时反MVDR的稳健性.

潜标姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响

潜标系统作为一种矢量水听器水下工作安装平台,不可避免的姿态变化会引起矢量水听器各通道接收兴趣信号的起伏变化,致使目标方位估计结果偏离真实目标方向。理论推导分析了潜标体姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响,定量分析了矢量水听器目标方位估计与姿态变化周期(频率)的关系,并进一步讨论了与幅度及积分时间等的关系,如姿态幅度为40°时要方位估计误差小于5°,则积分时间至少要大于24s。研究结果对矢量水听器目标方位估计时的积分时间选取具有重要指导意义。