基于声学亮点特征的水下目标回波模型

水下目标回波亮点结构是重要的目标特征，目标回波亮点时空特征的提取，是水下主动目标识别的一种有效方法，本文基于数学仿真的方法，研究了水下高频（20－35kHz)主动声学目标模型及仿真性能，建立了水下目标声学亮点数学模型，并给出了仿真结果，仿真表明：该模型反映了目标尺度特征，可用此模型生成的目标回波校验目标尺度识别器的性能。     

水下体目标回波空间方位特性仿真研究

分析并给出了水下尺度目标回波的亮点结构模型和稳态反射亮点与随机散射亮点数字时间序列生成方法。提出了一种利用布放在消声水池中的弧形阵同步发射经时变投影矩阵加权变换的多亮点声波时间序列来仿真水下体目标回波特性的方法。将该方法应用于实现自导仿真试验系统,仿真试验结果表明该方法能够较好地模拟目标空间尺度,除了能够模拟普通靶标的多亮点延迟重发,还具备模拟包括平滑连续、阶跳及其组合等在内的复杂目标空间方位变化的能力,并能够用于水下航行体制导系统的半实物仿真。     

水下目标回波亮点特性计算的图形学方法

根据Kirchohoff近似公式建立了一种水下目标回波亮点特性计算的新方法.该方法利用三维图形处理系统,采用建模软件对复杂水下目标进行几何建模,利用OpenGL技术将几何三维模型转化为屏幕上可视化的像素图形,利用计算机图形学方法和图形硬件计算水下复杂目标的表面法向量和空间距离信息,将回波亮点特性中的面元计算转化为对图形像素点相关信息的计算,对不同传播距离的面元反射特性求和得到水下复杂目标回波亮点特征,最后模拟出不同脉宽的发射信号的水下目标回波信号.模拟计算表明该方法有效,对回波亮点特性模拟逼真,同时计算复杂度不受模拟几何建模复杂度的影响.     

基于时域滤波水下多目标定位研究

提出了基于时域滤波的水下多目标定位新方法。它根据水下多目标的回波信号在时域上可分辨的特点,利用匹配滤波原理设计时域滤波器,并对回波信号进行实时滤波,从而消除了目标之间的干扰,提高了目标信号的信噪比。仿真结果表明该方法的分辩能力、估计精度都优于其他多目标定位方法,尤其在阵元数较少和低信噪比的情况下仍然能对水下多目标进行有效定位。     

基于稀疏贝叶斯学习的拖曳线列阵空间谱估计

针对常规拖曳线列阵目标方位估计中存在的左右舷模糊问题,提出了联合多个时刻机动拖曳线列阵信号模型的稀疏贝叶斯学习空间谱重构估计方法。首先,建立了机动拖曳线列阵的阵元域信号超完备稀疏表示模型;然后,根据稀疏贝叶斯学习原理将目标的空间角度稀疏特性通过信号双层先验假设进行隐性描述;最后,对目标空间谱的变化过程采用隐马尔可夫模型进行描述,并将空间谱连续慢变的客观规律应用到目标信号超参数的概率密度计算中,构建基于多个时刻阵列信号模型的空间谱稀疏重构模型。计算机仿真研究和海试数据验证结果表明:所提方法在拖曳线列阵机动条件下,能够有效抑制固有的左右舷模糊,同时具有更好的重构精度,从而实现拖曳线列阵空间谱的优效估计。     

水下多目标跟踪半实物仿真研究

针对水下多目标跟踪的实际过程,完成了水下多目标海洋环境建模,并建立了水下多目标定位和跟踪仿真模型;提出了水下多目标跟踪半实物仿真方法,该方法应用静态长线阵和多目标信号源在水池实现了多目标和跟踪体之间的相对运动的仿真;在DSP系统上实现了多目标定位与跟踪算法.进行了3个目标的半实物仿真,仿真结果表明：该系统不仅能模拟水下多目标跟踪海洋环境,而且能对水下多目标进行有效地定位与跟踪,为水下多目标跟踪进一步实际工程应用提供了依据,具有重大工程应用价值.     

基于分形特征矢量的水下目标识别

讨论目标回波的分形特征和基于分形的识别方法,并用实际潜艇的回波数据进行了分形特征识别研究。在分析回波信号时间域波形的基础上,应用随机分形理论,给出基于分形布朗运动的回波信号分维特征矢量提取的理论和方法;提取了回波信号的分形维特征矢量。进而给出了基于BP网络的分类计算方法,计算结果表明,所提的提取水声回波信号目标特征矢量的方法与分类方法切实可行。     

水下目标亮点结构仿真技术

在研究水下目标亮点结构数学模型的基础上,通过以TMS320C25为核心器件的硬件和软件相结合的方法,实现了水下目标亮点结构的仿真。经在消声水池进行实验,取得了满意的结果。文中主要介绍了水下目标亮点结构的数学模型、硬件结构、软件组成和实验结果     

基于SYSNOISE的水下目标高频近场散射特性仿真研究

针对水下目标高频近场散射特性,提出了一种求解水下复杂目标散射声场的方法.首先根据边界元法建立了水下目标的声场数学模型,并借助有限元软件ANSYS建立一种水下目标结构体的三维模型,然后运用声学分析软件SYSNOISE对其高频近场特性进行了仿真及分析,得到了在声源激励下该目标散射近场的具体分布及其散射波声压的指向性.仿真结果验证了该方法的正确性.     

引信目标回波模拟器的建模与实现

针对脉冲多普勒调制引信的目标回波进行了建模与仿真,并在此基础上研制成功了引信目标回波模拟器。该引信目标回波模型基于多散射中心来模拟的方法,并将环境因素的影响引入模型。引信目标回波模拟器的每个通道的控制均基于FPGA器件,结合并口通信和SRAM存储器并通过DDS的回波合成实现引信目标单散射点回波的模拟,并采用多路并行的方式来实现模拟目标的多散射中心。实际的测试结果验证了目标模型的建模及回波模拟器实现的可行性与正确性。     

基于复包络的目标回波信号高效仿真方法

目标回波信号是水声探测系统主要的信息来源。在水声对抗仿真系统中，目标回波信号的仿真逼真性和数据量又是制约仿真实时性的关键问题。因此，在仿真中有必要建立一种高效的目标回波仿真模型，既要真实仿真出实际系统中目标回波信号的特征，又要满足仿真实时性的要求。针对这一问题，提出了一种基于复包络的目标回波信号高效仿真方法，它以窄带信号的复包络为基础，综合了实际系统中多普勒频移和频率补偿的影响，更加符合实际目标回波的特征，且实时性好。该方法具有采样频率低，仿真数据量小的优点，能够满足仿真系统逼真性和实时性的要求，并已用于研制成功的水声对抗试验仿真系统，证明了该方法的正确性和有效性。     

连续爆炸式水声干扰弹对抗仿真系统开发研究

以水下武器对抗作战为背景,设计开发了一种以连续爆炸式水声干扰弹为基础、基于声信号仿真的水声对抗仿真系统。在详细讨论了系统的模块组成及其相应仿真功能的基础上,构建出基于分布交互式体系结构的水声对抗仿真系统,特别给出了连续爆炸式水声干扰弹的声学模型与仿真模型,介绍了系统实现上的关键技术,最后以对抗某型鱼雷为例进行了仿真实验,证实了系统设计方案的可行性和有效性。仿真实例表明,该系统具有很好的实验研究功能。     

基于自适应高斯核函数时频分布的水声信号处理研究

时频分析被广泛应用于水下目标宽带回波信号以及短时瞬态信号的处理。在水声信号的特征检测和分类方面,时频分析的时变谱提供了区分不同类别目标信号的特征信息。提出一种基于自适应核函数时频分布的水声信号处理方法。与固定核函数时频分布相比,自适应高斯核函数时频分布由于它的核函数随信号而自适应改变,因此对交叉项有很好的抑制效果。计算结果表明,对于多分量线性调频水声信号,采用高斯核函数自适应时频分析不仅对交叉项具有很好的抑制作用,而且对信号的自分量具有较好的聚集作用。     

一种宽带雷达相干检测的新方法

宽带雷达目标回波表现为多散射点子回波的合成,各子回波幅度、频率、相位具有一定的随机性,造成一个重复周期内各子回波信号能量难以有效积累,严重影响宽带雷达目标检测性能.针对此问题,提出利用RELAX算法实现宽带雷达目标多散射点子回波精确分离,对各子回波幅度相加实现多散射点回波能量相参积累,提高输出信噪比,从而增强宽带雷达的目标检测性能.仿真及实测数据处理结果表明所提出的方法应用于宽带雷达重复周期内多散射点回波能量相参积累是有效的.     

基于对角减载的水声阵列SMI-MVDR

空间谱估计一直都是水声阵列信号处理研究的热点问题,而一般认为目标和背景干扰的信息都蕴含在接收信号协方差矩阵中,因而现有的谱估计技术大多针对接收信号的协方差矩阵进行处理。由于信号和噪声的相关性,导致协方差矩阵中主对角线元素上的噪声分量最大。针对这一特性提出了基于对角减载的水声阵列采样矩阵求逆(sample matrix inversion, SMI)最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response, MVDR)波束形成技术。理论推导了对角减载量对输出功率谱目标方位上输出信噪比的影响,分析了最佳对角减载系数的选取原则。并针对实际工程应用情况,研究了由有限次快拍数估计的采样矩阵得到最佳对角减载系数的方法,该方法无需预估信号源数。通过算法仿真和海试数据处理,对比验证了基于对角减载的SMI MVDR空间谱估计的有效性和可靠性。对于背景噪声级较强的水声阵列信号处理环境来说,所提方法能有效提高高斯白噪声背景下的声纳多目标分辨性能。     

声呐数据合成与环境仿真研究

研究了被动声呐数据合成与环境仿真的系统结构和水声合成信号的生成﹑建模与仿真试验。以水中运动目标为例,给出了水声环境下,合成信号、环境噪声、海洋声学的数学模型和合成环境系统仿真实验。该研究可用于水下探测系统和水声对抗系统的环境模拟,及水声设备的性能评估。     

基于FDTD的高保真SAR回波信号仿真方法

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)回波仿真算法忽略目标散射特性在观测时间内随方位角度和信号频率变化这一问题,提出一种基于时域有限差分方法(finite--difference time-domain method, FDTD)电磁散射计算的SAR原始回波数据生成方法,在此基础上提出了基于服务器的并行仿真策略及流程。该方法利用FDTD算法及后续仿真处理精确模拟了SAR系统线性调频脉冲信号从卫星传感器发射后,与场景目标发生相互作用,再被SAR系统传感器接收并生成原始回波数据的全部物理过程,从而得到高保真的SAR原始回波数据。最后,通过典型目标时间谱与空间谱的仿真对比实验及最终成像结果证明了本文所提算法的正确性及有效性。