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基于柔性阵的鱼雷攻击部位定位: 2012年; 鱼雷不同的攻击部位攻击效能差别较大,为了检验鱼雷攻击效能,需要对鱼雷的攻击部位进行定位,结合海上测量环境和水面舰船的尺寸特点,分析了船舷布放柔性阵进行鱼雷攻击部位定位的定位性能,提出了一种基于六元柔性阵的鱼雷攻击部位定位的方法.通过计算机仿真,分析了阵元校阵精度、时延估计精度和阵元个数及阵型对柔性阵三维定位精度的影响,结果表明,利用六元柔性阵,可以达到鱼雷命中部位测量所需的精度要求.; 黄玉林张俊曹岳海安良; 关键词：鱼雷

潜艇水下定位合作声信号的低截获性分析被引量：5: 2012年; 为了适应水声对抗演习中实时监控潜艇的位置,从检测能力和声呐方程2方面分析了合作声信号的低截获特性.对比研究了扩频信号与常规的CW信号和线性调频信号的低截获性能,并进行了计算机仿真验证.仿真结果表明:采用扩频信号具有较低的截获性能和较好的检测能力.; 黄玉林张俊张学峰安良; 关键词：扩频低截获

基于频散特征的单水听器模式特征提取及距离深度估计研究被引量：7: 2013年; 针对浅海环境中低频宽带水声脉冲信号,研究基于频散特征结合时频分析的单水听器距离和深度估计方法.以简正波理论为依据,将单水听器上的接收信号表示成一系列传播模式之和的形式,分析了经典波导环境下的频散现象,采用自适应径向高斯核函数的时频分析方法来表征接收信号的频散特征.为提高时频分辨率,采用自适应径向高斯核函数的时频分布来提取频散关系曲线中传播模式的到达时间差,利用模式的到达时间差估计声源的距离.采用多模式联合匹配的方式,通过二值掩模滤波的时频滤波方法,提取所需的模式.通过计算实际提取出的模式能量与预测的模式能量之间的误差,建立代价函数,并通过模式能量匹配的方式,确定声源的深度.通过对基于Pekeris波导模型的浅海环境进行仿真验证,结果表明:自适应径向高斯核函数的时频分析方法能够很好地反映信号本身的频散特征,具有较高的时频分辨率,克服了传统短时傅里叶变换时频表征的限制,使得模式在时频域更加容易辨识和分离;从测距效果来看,不同模式组合下的距离估计结果不同,采用在时频面上具有较高能量的模式,可得到较为准确的距离估计;选用高能量的模式所得的距离估计的相对误差小于2%.在定深方面,参与联合匹配的模式个数越多,代价函数的峰值更加地尖锐,同时具有低的伪峰,深度估计的性能会进一步有所提升.该工作对于研究低频水声脉冲信号的分离和提取具有重大意义.; 李焜方世良安良; 关键词：时频分析单水听器

一种水声二进制移相键控信号载频和基带信号波形估计方法(英文)被引量：2: 2012年; 二进制移相键控(BPSK)是水声通信与探测领域常用的调制方式之一,因此BPSK信号也是非合作截获检测研究的重要对象.载频和基带波形是BPSK信号截获处理需要获取的关键信息,在非合作条件下这些参数的自动提取算法需要在无任何先验信息的条件下实现.针对这一难题,本文提出一种利用下变频处理的载频和基带信号波形的方法——基于预设频率搜索的载频估计方法和只利用载频信息的基带信号波形估计方法.基于预设频率搜索的方法利用了不同预设频率时下变频信号的变化特征实现载频的估计,该方法估计精度高,并且在低信噪比下仍具有良好的性能.在获得载频搜索结果后,利用该搜索结果对应的下变频信号的正负变换情况进行波形恢复,即可重现基带信号波形.接收信号初始相位和到达时刻会对下变频处理带来信噪比降低甚至信号趋于零的不利影响,而非合作条件下这两个参数的估计是非常困难的,为保证估计方法的稳定性,提出了下变频信号实部虚部最大幅度选择和基于相位估计的两种处理方法,这两种方法虽然可能损失一定的输出信噪比,但下降范围是有限的.这两种方法降低了参数未知的不利影响,并通过仿真测试和理论分析比较了两种方法的性能.为了验证载频与基带信号波形估计方法的正确性与有效性,利用蒙特卡洛计算机仿真方法进行了测试和验证,结果表明本文提出的载频估计方法性能优于平方法和重心法,对于基带信号波形估计,存在初相位时,基于幅度最大值的方法优于基于相位估计的方法,并且在-5dB时仍具有归一化误差不到5%的估计性能.; 王晓燕方世良姚帅; 关键词：二进制移相键控载频

浅海信道条件下的多径被动定位(英文)被引量：2: 2012年; 浅海信道条件下的水声信道是一个复杂多径信道.对于传统的声纳信号处理来说的,多径信号是一种主要的干扰源.在基于时间延迟估计技术的被动定位方法中,基本的时延估计方法是互相关法.由于信号多径结构的存在,使得在水听器接收信号的互相关函数中,存在多个与若干路径对应的相关峰.因此在进行相关峰检测时,常发生相关峰模糊问题,导致时延估计出现误差甚至错误.但在这种多径信道中,若能估计出水面、水底相对于直达路径的时间延迟,并能同时获得声速垂直剖面、海深、接收深度等声学环境参数,我们就有可能计算出辐射声源的位置及深度.为此本文提出一种基于单水听器的噪声目标被动定位方法,该方法首先从接收信号的倒谱瀑布图中跟踪和提取水面或水底路径的时延,然后结合海深、水听器深度等信息估计出目标的斜距和深度.本文从理论上分析了估计器的性能,推导了斜距偏差和斜距方差的表达式.分析表明距离估计偏差与声速垂直梯度有密切关系,距离估计方差主要受多径时延估计精度影响.本文通过仿真计算了四种负梯度(0.1s-1～0.4s-1)条件下的定位偏差,以及不同时延估计精度下的距离估计方差.为了验证本文所提定位方法的有效性,进行了海上试验验证.试验中噪声目标是一个宽带发射换能器,中心频率4kHz,带宽5kHz,发射伪随机噪声连续信号,谱级约为140dB(re:1μPa).用一只水听器接收目标辐射噪声信号,并保存在计算机中进行后续处理.试验中用GPS同步记录发射船和接收船位置.试验结果表明本文所提方法能很好地估计出声源的距离和深度,距离结果与GPS数据能很好吻合.; 陈励军高翔安良; 关键词：多径

基于时域最小二乘的双阵元匹配场定位(英文)被引量：2: 2012年; 对水下目标实施被动定位是水声学中的一个关键问题.传统的匹配场定位技术结合了水声传播规律的特点,利用拷贝声场与测量声场进行匹配,可获得较为准确的定位效果,因而被视为是一种良好的定位技术.但是传统匹配场处理使用大的垂直阵列来确定水下声源的位置,不仅增加了系统的开销,而且易受诸如阵倾斜以及阵元失效等问题.同时,传统的匹配场定位当阵元个数较少时,会导致定位结果输出具有较高的旁瓣,进一步恶化了定位性能.本文以未知波形的水声脉冲信号为对象,提出一种利用两个水听器进行匹配场定位的方法.该方法首先借助单一水听器所接收到的信号和声场传播模型算得的海洋信道脉冲响应,对所划分的搜索网格区域采用时域最小二乘的方法估计每个网格点位置上的发射信号;由估计出的发射信号与海洋信道脉冲响应,通过时域交叉卷积的方法,产生相应的拷贝场信号;通过计算单一水听器的接收信号与拷贝场信号之间的误差,建立代价函数,构造定位函数的模糊表面,实现利用两个水听器对波形未知的水声脉冲信号的匹配场定位.通过理论分析和对浅海环境的一个宽带脉冲信号进行数值仿真证明了所提方法无需已知发射信号的波形,定位模糊表面的峰值清晰,且旁瓣较低,具有显著的定位性能.; 李焜刘文胜方世良; 关键词：最小二乘匹配场

一种水下螺旋桨辐射噪声的建模方法(英文)被引量：3: 2012年; 基于三参数功率谱曲线(Ecs)模型和自回归(AR)模型的螺旋桨噪声建模方法已经在工程中得到广泛的应用.然而,噪声模型输出的稳定性条件缺乏严格的证明,同时缺乏实测噪声到模型参数的一个有效提取方法,给噪声模型的实际应用带来困难.本文详细讨论了Ecs模型曲线的性质及其与螺旋桨辐射噪声统计特性的一致性.讨论了噪声模型中的AR模型稳定性条件.首先,利用Schur-Cohn准则将AR模型的稳定性等价为Levinson-Durbin递归计算中所有反射系数绝对值小于1的问题.其次,证明了Yule-Walker方程中的自相关矩阵合同于以各阶建模误差为对角元素的对角阵.根据Sylvester惯性定理,将对反射系数的约束条件等价为自相关矩阵的正定性条件.最后证明了在Ecs模型曲线非负条件下AR模型输出具有稳定性,给出了一种稳定Ecs模型中三个参数的约束条件.此外,本文给出了一种利用实测数据估计Ecs模型参数的方法.首先通过噪声功率谱峰值估计Ecs参数f0,设计Ecs曲线和测量噪声的功率谱曲线的误差函数联合估计fm和λ,最后修正信号的方差.采用缩比四叶螺旋桨模型,设计并开展了一次螺旋桨噪声水池实验,采集了多种转速条件下的螺旋桨辐射噪声.实验数据分析表明,在不同转速条件下,Ecs模型曲线均能较好的逼近实测螺旋桨噪声数据的功率谱谱形.实测数据估计的模型参数与螺旋桨的空化状态表现出较好相关性,可以作为噪声特征参数.; 罗昕炜刘文胜方世良; 关键词：辐射噪声参数估计

基于主分量反转-递归最小二乘的双基地直达波抑制算法(英文)被引量：2: 2012年; 由于目标回波信号与主动声纳直达波干扰能量比值小,且目标回波信号与直达波干扰相关性强,因此双基地声纳目标回波的检测受直达波影响严重.为了克服双基地声纳系统中主动声纳直达波干扰,达到检测弱目标回波信号的目的,本文提出了一种时域分块自适应主动声纳直达波干扰抑制方法,该方法利用主动声纳直达波干扰能量远大于目标回波信号的特点,将主分量反转算法(PCI)与最小二乘算法(RLS)相结合.该方法首先对接收信号分块构造前向矩阵,然后利用主动声纳发射信号形式与参数已知的条件,通过主分量反转算法对构造的各前向分块矩阵中的直达波干扰分量进行提取,最后将提取得到的直达波干扰作为参考信号输入到递归最小二乘算法的自适应滤波器以剔除直达波.其中,主分量反转算法可以通过对构造的前向矩阵进行奇异值分解(SVD)实现,递归最小二乘算法收敛速度快,能够动态的跟踪直达波干扰信号的局部畸变.文中还对构造的前向矩阵的秩与主动声纳发射信号形式与参数的关系进行了分析.最后,进行了计算机仿真和湖试实验对本文方法进行验证.计算机仿真和湖试实验结果表明,本文方法能够较好的跟踪直达波信号的局部畸变,有效地抑制直达波干扰,降低直达波干扰对目标回波信号主动检测的影响.; 姚帅方世良王晓燕; 关键词：直达波抑制双基地声纳递归最小二乘

水声换能器多频点指向性图同步测试方法: 为了提高水声换能器测试的效率,本文采用由多个正弦脉冲信号叠加而成的复合信号作为测试信号,实现了宽带水声换能器多频率点指向图性的同步测量。提出了使用单点有限长DTFT(Discrete Time Fourier Trans...; 安良陈励军; 关键词：水声换能器同步测试; 文献传递

Models for amplitude fluctuation of underwater acoustic narrow band signal based on modified modal scintillation index被引量：2: 2013年; A self-normalized statistic the modified modal scintillation index MMSI is proposed and defined as the variance of the modulus of modal excitation normalized by the square of its expected value over some observation intervals.It is proved in an analytical form that the MMSI is a depth dependent signature and independent of the source level and the source range under the condition of the ideal waveguide while the classical modal scintillation index MSI depends on both the source level and the source range.The MSI and the MMSI in the Pekeris waveguide at 70 Hz are simulated with different source levels and source ranges by the Kraken normal mode model.The simulation results are consistent with the theoretical deduction.The MMSI probability density functions PDFs of different normal modes for surface and submerged sources are calculated using the mode filtering methods with the same variations of vertical motions.It is indicated that the PDFs can be used to separate the submerged and the surface sources except for the fourth mode.; 安良方世良陈励军

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国家自然科学基金(11104029)

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