【摘 要】
:
前向声散射探测中的信直比SDRF能衡量目标前向散射波与直达波的相对大小,但未考虑两种波的干涉叠加.前向散射波与直达波实际上是干涉在一起的且很难分离,因而信直比在目标探测分析中难以直接应用.以信直比为基础并计入前向散射波与直达波的干涉效果,引入了新的参量——干涉声场畸变量△FTL——并给出了理论计算公式.与SDRF相比,△FTL可以直接从声场数据中得到,在一定程度上具有不依赖先验信息的优势.以该公式为基础并结合千岛湖缩比目标探测试验数据,(1)通过估算几何扩展损失系数发现试验中的声波为球面波,结果与依据实测
【机 构】
:
齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所 青岛 266100;齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋技术科学学院 青岛 266100;齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所 青岛 266100
论文部分内容阅读
前向声散射探测中的信直比SDRF能衡量目标前向散射波与直达波的相对大小,但未考虑两种波的干涉叠加.前向散射波与直达波实际上是干涉在一起的且很难分离,因而信直比在目标探测分析中难以直接应用.以信直比为基础并计入前向散射波与直达波的干涉效果,引入了新的参量——干涉声场畸变量△FTL——并给出了理论计算公式.与SDRF相比,△FTL可以直接从声场数据中得到,在一定程度上具有不依赖先验信息的优势.以该公式为基础并结合千岛湖缩比目标探测试验数据,(1)通过估算几何扩展损失系数发现试验中的声波为球面波,结果与依据实测水文参数的射线声场模型仿真结果相符;(2)定量地证实了 △FTL与目标穿越位置的对应关系,同时也证明了 △FTL理论计算公式的有效性;(3)建立了一种新的直达波抑制效果评估方案,并完成了对自适应直达波抑制方法的效能评估.目标透声和航行姿态扰动对试验结果的影响可以忽略.分析结果表明:△FTL能够有效代替SDRF,为开展前向声散射探测性能分析或直达波抑制效果评估提供理论参考.
其他文献
提出了一种使用稀疏贝叶斯学习(SBL)的多途信号盲解卷积方法对水声多途信道的信道脉冲响应(CIR)进行盲估计.该方法利用垂直阵和多频SBL获得宽带舰船声源在不同垂直到达角上的复数域多频点信号,取其相位对垂直阵接收信号匹配滤波,得到每条路径上的CIR,将多路径CIR相干叠加得到最终的多途CIR结果.仿真与海试数据处理结果表明,相比于原有的基于交替投影的多途信号盲解卷积方法,所提出方法有以下几个好处:(1)无需准确预估多途信号数目;(2)分离的多途信号的方位更准确且信号相位更可靠;(3)有效获取了舰船与阵列之
2021年11月5日,我们将迎来敬爱的张仁和先生八十五岁华诞.张仁和先生是我国水声物理学领域具有重要国际影响的优秀学术带头人与开拓者,物理学家,中国科学院院士.他长期从事水声物理与应用基础研究:在浅海声传播、浅海声场空间相干性和浅海混响等方面的系列研究成果使我国的浅海声学研究处于国际先进地位;对深海声场的时空分布、多途规律和相干特性等开展了开拓性研究;并紧密结合声场特性和规律在水声反演、水声探测和通信方面开展了多项应用技术研究.先生在水声理论与应用技术方面取得了系统性和创新性的杰出成果,为我国水声事业做出
针对单线阵左右舷模糊问题,提出了结合盲源分离的非直单线阵多目标左右舷分辨算法.该算法首先通过离散傅里叶变换将阵列接收信号离散化为若干个窄带频谱分量,之后对每个频点的窄带数据讲行盲源分离,得到每个频点上各个来波信号的导向向量;然后通过常规波束形成对各个导向向量进行方位谱估计,并根据左右舷抑制比进行单目标左右舷分辨,确定各个频点上的来波方向;最后对所有频点上的来波方向进行聚类,得到各个真实目标的方位,从而实现多目标左右舷分辨.仿真实验中,相比常规波束形成方法(CBF)和最小方差无畸变响应算法(MVDR),该算
针对具有空间响应变化函数约束的频率不变波束形成器设计问题,提出了采用交替方向乘子法实现抽头稀疏设计的优化算法.该算法利用交替方向乘子法能够将原始优化问题进行分裂处理的特点,通过引入替代变量和指示函数,使得表征波束形成器抽头稀疏度量的非凸L0范数与阵列响应约束分离,进而将问题分裂到元素层级并给出近邻算子的解.对于指示函数的近邻算子求解,在分裂到元素层级后则退化为简单的双边约束问题,因而降低了优化求解的计算复杂度.仿真分析表明,提出的方法比现有的L1范数方法在宽频带条件下的抽头稀疏度能够提升6%~13%,通带
针对圆弧形面阵估计水下目标二维波达方向的问题,提出一种降维处理的自适应波束形成方法.利用圆弧形面阵模型简化阵列内插矩阵的计算,通过垂直和水平两阶段波束加权,降低自适应波束形成维数,从而实现快速估计声源二维波达方向的目的.仿真结果表明,所提改进方法的计算量较传统二维最小方差无失真波束形成方法降低约一个数量级,且在低快拍条件下具有更明显的噪声抑制优势.湖上实验数据处理结果验证,在复杂水声环境下,所提方法具有较好的目标分辨性能.
自适应波束形成方法在存在协方差矩阵误差和导向向量误差的失配条件中性能严重下降.最差情况性能最优(Worst-Case Performance Optimization,WCPO)方法可以显著增强失配条件下自适应波束形成的鲁棒性,但该方法存在系统性的信号功率过估计问题,并且限定协方差矩阵不确定集与导向向量不确定集的两个关键参数需要人为指定,缺乏具备明确物理意义的求解方法和数据自适应性.本文以WCPO方法为基础,给出了信号功率过估计的理论分析以及相应的改进方法,提出了基于矩阵重构的协方差矩阵不确定集参数的自适
为揭示深海多途传播效应及界面参数对本地界面混响强度的影响规律,将界面混响表述为不同多途混响衰落过程的非相干叠加结果,并结合界面散射的若干物理机制,建立了以海面海底物理参数为变量的混响强度模型.通过数值仿真和理论分析研究了不同多途混响强度的衰落特性、到达角的空间分布及部分物理参数对混响强度的影响,并利用南海海盆(典型泥质海底)实验数据对模型有效性进行验证.仿真结果表明,界面混响强度随时间变化呈现多峰结构,峰值时间与多途混响的到达时间分布一致.声源与接收器均位于近海面处时,首峰的峰值强度及其衰落过程由海面风速
针对非均匀混响中进行恒虚警(CFAR)检测所需的背景功率估计问题,通过对非均匀混响进行统计建模分析,提出一种非均匀混响功率自适应估计方法.所提方法基于排序统计、功率分类等处理,对混响数据服从的统计模型进行判别,根据均匀混响、参杂强干扰混响、混响边缘等具有不同特性的混响成分,选择不同的处理方式进行功率估计.进一步将所提出的混响功率估计方法应用于CFAR检测中,获得一种新的CFAR检测器.仿真和实测混响数据的处理结果表明,提出的混响功率估计方法可以对强干扰和混响边缘等非均匀混响背景进行有效判别和功率估计,提出
将无源非互易时反(NRTR)用于浅海小目标前向散射探测海上实验研究,提出了一种基于频域加权松弛的信道估计算法(WRELAX)和时反方法相结合的小目标探测算法(WRELAX-NRTR).该算法采用高精度的信道响应估计实现信道的空-时匹配,利用目标引起的时反声场结构的畸变检测前向散射信号对声场的扰动实现目标探测,并通过阈值法实现目标判决.在15~30 kHz的信号频率范围内进行海上实验,数据的处理结果表明,提出的WRELAX-NRTR探测算法与传统的NRTR算法相比,环境背景的扰动幅度从10 dB减小到4 d
提出逆向运用傅里叶衍射定理预报水下弱散射目标三维声散射指向分布的快速计算方法.依据目标形状、周围介质的密度和声速构建三维声场图像模型,建立散射远场积分结果与图像频域幅值的关系式,提取频域中半径为水中波数k0的球型表面上的幅值,获得精细化的宽带、全方位散射声压指向特性.数值计算表明:将傅里叶衍射定理逆向运用于解决声学正问题,适用于分层的、不均匀的、非规则及多体弱散射目标散射声场的求解.通过插值提取频域样本获得远场声压的方法,避免了有限元法(3D-FEM)所必须的大规模的网格划分和迭代运算,可以有效地减少计算