Response characteristics of sonar receiver under intense sound pulse

For anti-jamming and anti-countermeasure techniques of the sonar receiver, the response characteristics of the automatic gain control （AGC） circuit and the survivability of the prime circuit under strong interference are analyzed by simulations and experiments. An AGC simulation model based on the voltage control amplifier VCA810 prototype is proposed. Then static and dynamic simulations are realized with single frequency signal and linear frequency modulated （LFM） signal commonly used in the active sonar. Based on intense sound pulse （ISP） interference experiments, the real-time response characteristics of each module of the receiver are studied to verify the correctness of the model as well as the simulation results. Simulation and experiment results show that, under 252 dB/20 μs ISP interference, the specific sonar receiver will produce sustained cut top oscillation above 30 ms, which may affect the receiver and block the regular sonar signal.

多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法

为解决6自由度运动误差存在情形下的多子阵合成孔径声呐快速运动补偿与成像问题,本文提出一种多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法。在考虑6自由度运动误差随方位时间6阶空变特性的基础上,对双根号形式距离历程进行泰勒级数展开并保留至6阶项,进而推导得到严格解析的点目标响应二维谱,通过对传统四阶模型的距离多普勒算法进行改进,同时实现了6自由度运动误差的快速补偿和图像重建。仿真分析和实测数据成像结果表明了所提算法的有效性和高效率,可为大场景宽测绘带多子阵合成孔径声呐快速运动补偿和高分辨成像提供理论依据。

高分辨二维成像声呐电子系统的设计与实现

针对海洋工程和开发中用于水下作业的机器人、自动潜水器等水下载体需要对海底地形地貌、障碍物、沉底目标或水中目标等进行成像,以获得目标轮廓等信息,或对水下运动目标进行跟踪和识别。然而,在光照条件低或水体混浊环境中,光学成像难以获得较好的效果,而成像声呐几乎不受其影响就能获得较好的高分辨声呐图像。依据此需求,论证了成像声呐的主要技术指标,设计并实现了成像声呐的发射单元和接收单元的电子系统,对其电路性能测试和成像声呐的水池实验验证了方案设计的合理性、可行性,表明成像性能满足系统要求。

多子阵合成孔径声呐后向投影自聚焦成像方法

针对多子阵合成孔径声呐的非理想运动导致后向投影(Back Projection,BP)成像结果散焦的问题,提出一种结合自聚焦的后向投影成像方法。该方法首先对各脉冲回波数据进行粗栅格BP成像,然后根据图像对比度最优化准则估计出后向投影子图的相位误差,同时计算得到运动误差。最后,对相位补偿及包络搬移后的原始回波数据进行细栅格后向投影自聚焦成像,得到精聚焦图像。仿真结果表明,与传统的BP算法相比,该方法能有效改善运动误差下的多子阵SAS成像效果中显著提高点目标图像的分辨率、峰值旁瓣比及积分旁瓣比指标。

一种便携式成像声呐接收电路设计

为了满足便携式成像声呐硬件电路低功耗、小体积的要求,针对接收部分提出一种设计方案,实现48路声呐回波信号的调理和采集。在实现电路性能的基础上,一方面采用单电源的工作模式,降低接收电路的功耗;另一方面设计并优化接收信号链路和电路拓扑结构,减小接收电路PCB尺寸,最终降低整机的功耗和体积。通过仿真和测试,验证了该接收电路的可行性。

一种多通道声呐接收机设计与实现

介绍一种用于图像声呐的多通道接收机设计与实现方法,详细介绍该接收机的设计原则,阐述接收机的组成和各模块的设计原理,优化接收机的电路拓扑结构,降低接收机通道的本底噪声,提高各通道的相位一致性。通过对本底噪声、增益控制、幅度一致性和相位一致性等关键性能指标的测试和数据分析,给出实际测试结果,验证了该多通道接收机满足该种类声呐的实际使用需求。

多接收阵合成孔径声纳线频调变标成像算法

目前,多接收阵合成孔径声纳快速成像算法一般都需要将各接收阵的回波融合成适于传统收发合置合成孔径声纳处理的数据,因此避免不了耗时的插值和空变的相位误差补偿。根据多接收阵合成孔径声纳的实际模型,将各接收阵和发射阵作为一个子系统,并采用驻相原理将其二维频域点扩展函数表示为距离向空变项和非空变项的乘积。在此基础上,运用线频调变标成像算法先完成各子系统数据的成像,然后再实现各子图像的相干叠加,以获得所需的高分辨合成孔径声纳复图像。最后,仿真实验和湖试结果验证了该方法的有效性。

一种高精度初至波二次定位新方法——搜索法

目前,检波点的二次定位成果已成为衡量滩浅海地区地震勘探数据采集质量的重要指标。通常检波点的二次定位方法分为声纳系统定位和初至波定位两种。传统的初至波定位法——"圆圆相交定位方法"要获得较高的定位精度,就必须在算法的实现过程中充分考虑由于圆的位置关系而产生的定位误差而且必须对要参加圆圆相交运算的圆进行精细的筛选,这一方面大大降低了运行效率,另一方面由于算法缺陷而产生的定位误差不能完全消除,影响了二次定位的定位精度。文中围绕如何提高初至波二次定位的精度和数据处理速度,提出了"搜索法"初至波二次定位方法,该方法的实现思路是:在检波点的一次定位点附近区域的网络中找到初至拉平效果最好的网格节点,这个点就是要求取的检波点的二次定位点。文中对"搜索法"的定位精度和运算效率进行了理论测试和实例分析,结果表明,"搜索法"具有很好的各向同性效果,定位结果与声纳定位结果具有很好的一致性,运算速度提高了5倍,定位精度也有较大的提高。

多子阵SAS逐线成像算法研究

常规的高效率合成孔径成像算法都是针对单阵设置的,并且普遍作了Stop-and-Hop假设,当SAS成像系统作用距离较远时,由Stop-and-Hop假设引起的系统误差不容忽略.传统的方法是利用逐点算法进行系统误差修正,计算量大,不适合实时处理.针对这一情况,该文采用收发分置的几何模型处理多子阵SAS回波数据,提出一种多子阵SAS逐线成像算法,修正系统误差的同时提高了运算效率.仿真试验和湖试结果验证了分析的正确性和算法的有效性.

宽测绘带多阵合成孔径声纳成像的仿真研究

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停-走-停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真,本文在深入分析多接收阵系统误差的基础上,以距离多普勒算法为例,提出了一种有效的多接收阵合成孔径声纳成像处理方法。它舍弃了费涅耳近似,较为精确的补偿了停走停近似引入的误差,因而适用于低频宽波束宽测绘带成像。仿真证明了方法的有效性。

合成孔径声呐多接收阵数据融合CS成像算法

多接收阵合成孔径声呐中收、发阵元空间的分置,使得斜距历程成为2个独立的双曲函数之和;因而很难获得其快速成像算法所必须的距离多普勒域和二维频域内的解析表达式.文中将收、发相位历程对方位向多普勒频率的贡献分开来考虑,把多接收阵模式下的时域回波数据等效为准收发合置项和收发分置畸变项的二维卷积.因此去收发分置畸变项处理之后,多接收阵合成孔径声呐就转换为传统的收发合置合成孔径声呐成像问题.在此基础上,文中给出了一种基于该方法的CS成像算法.最后,仿真实验和湖试结果验证了该方法的有效性.

多接收基元合成孔径声呐频域数据融合算法

单接收基元合成孔径声呐基阵的速度是严格受到限制的,这主要是由于为了保证方位向不出现栅瓣,方位的采样间隔必须小于换能器的半径。通过使用Vernier阵技术可以增加声呐平台的速度,同时在相同的时间内获得比单个接收基元合成孔径声呐更大的测绘面积。虽然我们可以通过预处理把多接收基元的回波数据转换成单接收基元的回波数据,但是这种处理需要耗费大量的时间,因此最终影响整个合成孔径处理算法的效能。文章提供了一个高效的多接收基元合成孔径声呐数据融合方法,该方法主要是利用了快速的傅里叶变换算法把数据变换到频域,然后再进行数据预处理,因此提高了数据融合的有效性,水池试验结果表明该算法是有效的和精确的。

适用于宽波束的多接收阵SAS波数域成像算法

现有的基于相位中心近似思想的多接收阵合成孔径声呐成像方法均忽略了非"停-走-停"和相位中心近似误差的方位向空变性影响,这在宽波束条件下可能导致图像出现几何失真,旁瓣升高以及图像对比度下降。针对这一问题,根据方位向侧视角与多普勒频率之间的一一对应关系,提出了一种兼顾补偿精度和实现效率的距离向时域分块-频域补偿的多接收阵合成孔径声呐宽波束成像处理方法,二维空域内开展的距离延迟误差分析定量说明了文中方法在高分辨合成孔径成像中的潜在优势。最后,采用仿真实验对这种宽波束情况下的潜在优势进行了验证,并利用实测数据进一步测试了这种方法的可行性。

一种精确的多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停走停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真的现象,本文在深入分析多接收阵系统误差产生机理的基础上,提出了一种适用于宽测绘带成像的精确多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法,它舍弃了目前普遍采用的等效相位中心(DPC)近似,采用多接收子阵的精确延迟模型。算法首先对各接收子阵数据单独处理求得方位谱并进行方位向扩展,随后分别进行距离徙动校正和方位向脉压,最后将各通道的方位谱相干叠加,反傅里叶变换后得到了高分辨图像。通过点目标仿真比较,该算法在峰值旁瓣比及目标的定位等方面优于现有算法。

一种多子阵合成孔径声纳CS成像算法

由于方位向采样不均匀,已有的频域算法如CS算法(Chirp Scaling)等不能直接应用于多子阵合成孔径声纳成像,提出了一种可用于方位向不均匀采样多子阵合成孔径声纳的CS成像算法。此方法利用多子阵合成孔径声纳系统等间隔布阵和匀速直线运动的特点,将方位向不均匀采样的傅立叶变换分解为若干均匀采样的傅立叶变换,从而可以利用FFT提高计算效率。成像结果及分析表明,此方法可以很好应用于多子阵合成孔径声纳成像,并保持了标准CS算法快速高效的特点。

四阶模型的多接收阵合成孔径声呐距离-多普勒成像算法

该文以多接收阵合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)中任意一个接收阵元和发射阵组成的子系统为研究对象,采用四阶泰勒多项式近似其具有双根号形式的斜距历程,利用级数反演方法和相位驻留原理推导了子系统的2维频域系统传递函数,并在此基础上提出一种适用于宽波束和长接收基阵情况下的距离-多普勒成像算法。该方法先对各子系统的回波数据进行成像处理,然后对所有的子图像进行相干叠加以获得所需的高分辨SAS复图像。通过仿真实验和实测数据的验证,证明了该方法的有效性。

基于非停走停及方位非均匀采样的多接收阵合成孔径声纳CS成像算法

针对采用多接收阵技术的合成孔径声纳(SAS)成像中普遍存在的不满足停走停假设和方位向采样非均匀等问题,在深入分析了停走停假设和方位向的非均匀采样对成像造成影响的基础上,给出一种可用于方位向非均匀采样多接收阵合成孔径声纳的chirpscaling(CS)成像算法,它较为精确地补偿了非停走停模式带来的相位误差,因而适用于宽测绘带远距离SAS成像。仿真和试验均证明了该方法的有效性。

多基地声纳系统检测性能分析

分析了多基地声纳系统的检测性能。利用检测统计量,推导了在背景噪声为高斯白噪声、信号为高斯随机过程的情况下,主动多基地声纳系统的最优检测接收机。指出主动多基地声纳系统的最优检测接收机为匹配滤波器。然后,提出了一种基于"和检测"原理的简化检测接收机,并分析了它的检测性能及基地选择原则。结果表明:对于这种简化的检测接收机,当一个基地的检测性能远远优于其它基地时,如果再将其它基地融入到处理系统中,系统的检测性能不会得到明显提高,甚至可能会下降;另一方面,当各个基地的输入信噪比接近时,参与检测的基地个数越多,系统的检测性能越好。

合成孔径声呐多子阵数据融合算法

与合成孔径雷达成像不同,合成孔径声呐运动速度与声波传播速度可比拟,"停-走-停"(Stop-and-Hop)近似不能满足高分辨合成孔径声呐成像的要求;多子阵技术的应用提高了合成孔径声纳的测绘效率,同时带来了如何综合利用各接收子阵回波数据的问题。基于距离多普勒算法的合成孔径声呐多子阵数据融合算法,继承了等效相位中心(DPC)的思想,简化了成像过程;在此基础上,精确补偿了DPC近似和Stop-and-Hop近似带来的误差,保证了成像精度。仿真试验的成像结果证明该方法是有效的。

分布式MIMO声纳中运动目标参数快速估计

分布式MIMO声纳由于自身的优点而成为当前研究的热点,但常规的目标参数估计方法均存在着一定的缺陷,无法满足分布式MIMO声纳的要求。针对这种情况,本文提出一种适用于分布式多输入多输出(MIMO)声纳中使用单接收阵元的运动目标参数快速估计方法,给出了单接收阵元情况下的信号模型,提出了快速估计方法并给出了流程图,并通过数值仿真验证了该方法的有效性。结果表明,该方法可以在只采用一个接收阵元的情况下分辨多个运动目标并进行参数估计,节省了通信带宽;所需运算量远小于最大似然(ML)方法,并可以实时实现;此外,该方法不要求目标做匀速直线运动,适合于实际应用。