基于粒子滤波的多普勒信息辅助目标定位跟踪算法

多基地声呐探测系统主要通过测量回波的时延和方位信息进行目标定位与跟踪,定位精度受声速、时延和方位测量误差的影响较大,可以通过多普勒信息辅助进一步提高定位跟踪精度。现有的多普勒信息辅助定位跟踪算法多适用于单基地声呐系统,多基地中的多普勒测量值与目标状态的关系更为复杂,需要研究新的融合方法。该文提出了一种适用于多基地声呐系统的多普勒信息辅助采样重要性重采样目标定位跟踪算法,将多普勒信息融入到粒子滤波的重采样过程,使重采样后的粒子集合更逼近目标的真实状态分布,从而提高了目标定位跟踪精度。数值仿真实验结果表明,提出的目标定位跟踪算法可以有效融合多普勒信息,提升目标定位跟踪精度。

基于动态阈值匹配追踪的主动声呐直达波抑制方法

双基地声呐中的直达波干扰可以通过重构抵消的方式进行抑制。这种方法需要对直达波信道进行估计,传统的正交匹配追踪算法的收敛速度慢,分步正交匹配追踪等算法在提高收敛速度时牺牲了信道估计精度,导致回波检测能力下降。该文提出一种动态阈值匹配追踪算法估计直达波的信道响应,在提高收敛速度的同时兼顾了信道估计精度。在仿真环境中,达到同样的直达波抑制效果,所提算法与传统正交匹配追踪算法相比,收敛速度显著提升,检测输出的回波强度比分步正交匹配追踪算法高4 dB;海试数据处理结果中,所提方法迭代收敛速度较正交匹配追踪算法提升4倍;输出的回波强度比分步正交匹配追踪算法高2 dB。

浅海环境中水下物体声目标强度物理意义的讨论及模式滤波测量法（英文）

水下运动平台的声目标强度测量试验多在浅海环境中进行。文章根据简正波理论推导了基于平均测量法的浅海环境中水下物体声目标强度TS的解析表达式,深入分析了TS的物理意义。分析表明,在确定的方位角上,TS与分布在一定范围内的垂直入射角θi和散射角θs所对应的目标散射函数值有关,θi和θs是离散的,其取值取决于简正波阶数;同时,TS还跟海洋环境和测试距离有关,当测试距离非常大时,约等于自由场声目标强度TS free。文中还提出了一种基于垂直发射阵和垂直接收阵的声目标强度测量方法,即模式滤波测量法(Modal-Filtering Measurement,MFM)。理论分析表明,MFM法具有很好的抗界面混响性能,并且跟平均测量法和垂直阵常规测量法相比,具有更高的测试效率,测试结果更接近自由场声目标强度。

南中国海存在孤立子内波条件下的声场时间相关半径

在动态的海洋环境中,由于数据向量和拷贝场之间的失配,匹配场处理器的性能会发生退化。数据向量的时间相关半径是这种退化的一种量度。通过2001年ASIAEX南海实验中垂直阵上水听器接收到的声场数据求取了400 Hz窄带信号的声场时间相关。从实验数据处理结果观察到,伴随着传播路径上非线性内波的进入,声场的时间相关半径减小。同时利用一个二维的平流冻结海洋模型和传播路径上三个温度链的温度数据对声场进行了数值仿真,分析了不同频率下的声场时间相关半径。结果表明:实验结果与仿真的400 Hz信号的声场时间相关较为一致。可见,在时变的海洋环境下,声信道中存在孤立子内波将会使声场的时间相关半径大大缩短。

声简正波传播时延起伏特征：AEYFI05实验

分析处理黄海锋面和内波声学实验(AEYFI05:Acoustics Experiment of Yellow sea Oceanic Front and Internal Waves 2005)数据发现:1号声简正波传播时延起伏存在10～50 min,幅度2～10 ms的"高频相干"成分。对比简正波传播时延起伏量与接收船位置等温线起伏量发现:两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。根据实验地形数据,本文给出了传播途径中的地形胁迫激发内波导致声传播时延起伏的物理假设,合理地解释了两者的高频起伏部分存在明显的延时对应关系。

菲律宾海声传播信道时空相关性变化实验

声传播信道的时空相关性变化主要由信道多途结构的时空变化所决定。一般深海声传播信道由于受海底底质影响小，多途结构相对较为简单，比较容易实现深海信道的修正匹配．本文利用拖曳式低频宽带大功率发射换能器，发射线性调频脉冲信号，在接收端利用拷贝相关和脉间相关处理，得出信道的时空相关性变化。由于采用了宽带长脉冲信号，经过处理后减少了噪声于抗的影响．实验结果证实：信道的时空相关性主要由信道的多途结构及其时空变化决定．信道的相干部分约占全信道的４０％．本文的实验结果对深海信道的修正匹配研究有一定参考价值。

双层加肋球壳回波现象分析

双层加肋壳体是水下目标的典型结构。实验观测到双层加肋球壳回波的频率-角度谱在角度域呈现强烈的周期性振荡,在2 kHz～10 kHz频率范围内,这种振荡从低频到高频越来越明显。为了解释所观测到的现象,利用修正的板块元算法(Modified PEM)计算了不同入射角、不同频率下双层加肋球壳的回波,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,目标强度随入射角的周期性剧烈起伏主要是由壳间肋板声散射导致的。

声强谱频移补偿的波导不变量和距离估计方法

基于声强的距离一频率干涉结构,利用对水平阵不同阵元信号的声强谱进行频移补偿的方法估计波导不变量和距离。在波导不变量和距离其中一项已知的情况下,可以通过该方法估计另外一项。利用2011年12月北黄海水声实验中拖曳声源发射和海底水平阵接收的线性调频信号,通过上述方法估计了不同距离处的波导不变量。结果显示波导不变量的估计值在0.8到1.2之间变化,其均值与利用实测海洋环境计算的理论值符合良好。同时,利用相同的信号和波导不变量的理论计算值,通过上述方法在不同时刻进行距离估计,结果与GPS测量距离基本一致。

海底沉积物压缩波声速比与物理特性的关系

海底沉积物因组成结构复杂导致声学特性复杂多样,多种理论解释模型存在参数较多且各具适用性现象·通过运用体积平均和等效参数的方法对海底沉积物声波传播机理进行研究,提出一种少参数的海底沉积物与底层海水的压缩波声速比通用模型（General Model of Sound Speed Ratio,GMSSR）.GMSSR模型包含弹性结构分布因子、孔隙度、等效密度比、等效弹性模量比4个物理特性参数。分析海底沉积物两相介质结构的串联和并联两种极限情况分析,基于弹性结构分布因子和串并联结构的体积平均分布建立一般情况下海底沉积物的等效弹性模量表达式·应用GMSSR合理地分析各海域测量的海底沉积物声速比经验模型的共性和解释南海实测数据分散的范围,表明：（1）表层海底沉积物主要是以串联结构为主,接近于悬浮液状态或者体积分量很少的并联堆积状态;（2）等效弹性模量比的影响因素大于等效密度比,结构变化往往通过影响弹性结构分布因子而影响等效弹性模量比,从而引起声速比的变化;（3）不同研究海域的声速比-孔隙度经验关系具有相似性,可以通过GMSSR模型分析得出;（4）基于弹性结构分布因子的差异,可以合理解释南海海域测量表层海底沉积物声速比较大的分散性。

边界积分方程法求解目标的声散射T矩阵

提出了计算任意表面形状刚性边界目标散射的基于边界积分方程的T矩阵方法(TMM-BIE)。利用Helmholtz积分方程法(HIEM)计算目标表面声场,替代扩展边界法(EBCM)计算中对目标表面声场的近似处理,解决了扩展边界法不能计算任意形状目标的散射T矩阵问题。文中计算了刚性边界的球目标、有限长圆柱目标以及非对称的三维散射体——猫眼(cat's-eye)模型的散射指向性和T矩阵。通过与解析解和HIEM结果比较,证明该方法的有效性。

海底沉积物压缩波速度与切变波速度的关系

基于连续介质假设，根据无吸收各向同性弹性介质通用方程分析沉积物声波传播关系，提出应用弹性结构分布因子表达的声速通用模型（GMSS,General Model of Sound Speed）分析海底沉积物的声速特性；通过研究Willey时间平均模型、Wood方程、Gassmann方程、Buckingham模型、Biot-Stoll模型和EDFM模型，可以表述成GMSS通用模型中的弹性结构分布因子的具体表达形式，得出GMSS通用模型在解释压缩波速度和切变波速度特性上具有一致性的特点。GMSS通用模型具有弹性结构分布因子、孔隙度、孔隙海水的等效密度和等效弹性模量、固相颗粒的等效密度、固相颗粒的等效体积弹性模量和等效切变弹性模量共7个参数，为研究海底沉积物压缩波和切变波速度提供了一种模型简单、参数少、通用性强的方法。但也需要从物理结构上以及应力应变关系上开展更为深入的分析和探寻GMSS模型的物理意义和参数测量的方法。

南海线性内波条件下的匹配场时间相关长度

对于相位敏感的算法,声场时间相关长度是一个重要的参数。它能确定与相位有关的水声通讯算法的比特率和误码率,以及其他对相位敏感的信号处理算法如匹配场处理的信号增益。为了考察南海线性内波对匹配场时间相关长度的影响,本文分析了2001年亚洲海国际声学实验(ASIAEX2001)南中国海实验的水文数据,得到了符合该海域的内波频谱表示,并通过数值仿真研究了该海域存在线性内波时匹配场时间相关长度与声源频率f、收发距离R以及声速起伏δC的关系,总结了南海线性内波环境中匹配场时间相关长度的经验表示。仿真中所用的声源频率f为150～1200 Hz,收发距离R为20～32 km,声速起伏δC为1.37～5.0 m/s。结果表明,在该实验水文条件下,匹配场时间相关长度与δC^(-1.3)和f^(-1.1)成正比;在海底水平不变和水平变化时分别与R^(0.7)和R^(-0.5)成正比。

提取血管特征参数的研究

本文应用射线声学方法处理软管（模拟血管）散射声场，讨论了空域和频域中管的逆散射问题。测量了两种橡皮软管在空域和频域中散射场，并重构了管的内、外半径、声速、密度、衰减系数，相对误差小于５％。

HNC理论与自然语言语句的理解

本文阐释了自然语言理解的HNC标准,介绍了句类概念,说明了基本句类知识的内涵,陈述了句类分析的性能特征,展望了句类分析技术在机器翻译领域的应用前景。

海洋混响信号的自适应非线性预测

基于非线性动力学对海洋混响建模,提出了一种自适应非线性预测方法,通过设计一个滤波器来逼近混响信号在相空间的演化轨迹;采用在不同海域进行的两次海上实验获取的混响信号,对自适应预测方法进行验证,其单步预测结果与实验信号符合较好;以模型的单步预测误差作为检验统计量来检测混响中的目标回波,可以在一定程度上抑制混响干扰,提高信混比。