北太平洋水下脉冲声传播仿真

由于信号波形中携带环境参数信息,可利用波形或包络结构反演环境参数,掌握信号波形的传输规律是实现信道匹配的物理基础.将WKBZ简正波方法用于水下声道中的脉冲传播波形的计算、群速的求解.并仿真了窄带脉冲在北太平洋水下声道中的传播波形,仿真结果反映出了明显的信号传输的多途效应.分析了简正波群速对脉冲波形的影响,在收发深度均位于声道轴上时,在远距离上实现了简正波的分离;同时分析了收发深度与简正波幅度的关系及对脉冲波形的影响,得出在某一深度不是所有简正波对脉冲波形有贡献的结论.     

基于耦合简正波到达时间结构的海洋锋面声学监测

AEYFI05（acoustics experiment of yellow sea oceanic front and internal waves）声起伏实验数据分析表明：实验区域明显存在海洋锋面、潮汐、海流变化,这些海洋学过程特别是浅海海流导致了声传播路径上温跃层深度位置、厚度显著变化;观测到跃层变化显著位置导致的简正波声场耦合现象.在脉冲声传播实验中,由于不同号简正波群速度存在差异,耦合信号与非耦合信号在时域上明显被分开,简正波声信号的到达时间结构包含了温跃层水平显著变化位置的信息.对AEYFI05声起伏实验数据进行了深入分析,提出了根据接收耦合简正波声信号的到达时间结构反演温跃层显著变化位置的方法,利用耦合简正波传播时间起伏数据定量反演了海流所致温跃层水平显著变化位置的起伏.     

海洋环境对海面源噪声场的影响分析

海面源产生的海洋环境噪声场与海洋声学环境参数紧密相关.研究海洋声学环境参数对海面源产生的噪声场互谱密度的影响,有助于深刻理解此类噪声场空间分布的物理内涵,为其服务于海洋环境参数反演和目标检测定位奠定基础.基于简正波模型推导了海面源产生的环境噪声场的互谱密度函数,通过仿真计算讨论了不同声速剖面与不同海底参数情况下,采用积分的方法计算各号简正波对海洋环境噪声强度的贡献,并用平面波模型计算相同海洋环境下的海底损失进行验证.结果表明,各号简正波对总声场的贡献同时受到声速剖面和海底参数的影响.其中声速剖面对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响较大,而海底参数对各号简正波对海洋环境噪声强度贡献的影响相对较小.对于海底参数而言,声速是影响各号简正波对总噪声场贡献的最主要因素;海底密度次之;海底声吸收对海底损失和各号简正波对总噪声场贡献的影响较小.对声速剖面而言,在负梯度声速剖面下,高号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大;在正梯度声速剖面下,低号简正波对海洋环境噪声场的贡献较大.     

浅海低频混响的振荡现象及其物理解释

在不同底质海区的浅海混响实验中都观测到低频混响具有规则振荡现象, 该现象不能用目前被广泛使用的非相干混响理论解释. 通过对相干混响理论分析, 解释了该振荡现象. 分析表明, 浅海低频混响具有有规律的振荡结构, 其振荡周期由不同号简正波的本征值来确定. 在此基础上进一步提出了一种由低频混响的振荡频率来确定海底声速的方法. 3个不同底质海区的低频混响实验结果表明, 通过该方法得到的海底声速与根据匹配场反演得到的声速基本一致.     

浅海水平变化波导下低频声能量传输特性

针对浅海水平变化波导下的低频声能量传输问题,基于有限元方法,在柱坐标系下,以声能流为研究对象,结合具体仿真算例讨论了楔形海底、海底山及海沟三类典型复杂海底地形对声场能量传输特性的影响规律及机理.仿真结果表明,利用有限元方法可以准确计算各类水平变化地形情况下的声场分布.对于楔形上坡海底,海底倾斜角度越大,声能量向海底"泄漏"效应越强,水体层中声能量也相应衰减越快,而楔形下坡海底的影响则正好相反.小型海底山的存在会提高其上方声能量,但同时阻碍其后方声能量的接收.小型海沟对声传播的影响与声波的掠射角相关,仅当海沟水平夹角小于各阶简正波掠射角时才影响声能量的传输.     

基于欠定盲分离的广义逆简正波过滤方法

水声传播信号是多号简正波的叠加,通过简正波过滤分离各号简正波,是水声领域常用的一种技术手段,也是匹配模目标定位、声源信号重构等诸多应用的基础.对于垂直阵接收信号,广义逆方法是最常用的一种简正波过滤方法.广义逆方法的一个关键问题是如何确定接收信号中包含的简正波的号数,采用的简正波号数与实际号数偏差越大,简正波过滤的效果越差.针对上述问题,提出一种利用欠定盲分离技术获取垂直阵接收信号中包含的简正波号数的方法,并且通过在理想波导和夏季波导环境下的数值仿真对该方法进行检验,仿真结果表明:在一定的信噪比条件下,本文方法可以从垂直阵接收信号中准确提取简正波号数信息.该方法有助于减小简正波号数未知引起的广义逆简正波过滤的偏差,在基于简正波过滤技术的目标定位、识别等水声应用领域具有一定的应用前景.     

2005黄海声起伏实验中声场结构的特征分析

2005年9月的黄海声起伏实验中记录了脉冲声传播的实验数据。对数据的初步处理和分析发现接收到的声场数据存在明显的“拖尾”,为进一步分析此“拖尾”产生的原因,根据傅立叶合成法建立了脉冲声传播的宽带计算模型,根据实验中记录的海洋环境数据进行了脉冲声传播的模拟计算。对脉冲声传播的实验数据和模拟计算结果进行了对比,发现“拖尾”主要为耦合的简正波,“拖尾”的相对时间位置与发生声场简正波耦合的相对空间（距离）位置是对应一致的。据此给出了一种利用脉冲声传播的实验数据反演声波导发生较大变化位置或进行水中目标探测的初步方法。     

浅海远程海底混响的耦合筒正波模型

利用耦合简正波理论，分析由海底不平整所产生的散射形成的海底混响，由此模型得到的关于混响强度衰减及其空间相关特性的理论仿真结果与经典简正波混响模型吻合较好，并得到了海上实验结果的验证．通过理论和实验数据，重点分析了收发间距，脉冲信号带宽对混响强度及其衰减特性的影响，结果表明此模型对于收发合置、分置远程海底混响的分析均适用．     

倾斜海底情况下声矢量场的计算

根据质点运动方程,给出了基于抛物方程法和简正波法的质点振速表达式,并对水平海底和倾斜海底情况下的声矢量场进行了仿真计算.结果表明,抛物方程法能对倾斜海底情况下的声矢量场进行快速预报.     

黄海冷水团声层析监测数值模拟

海洋冷水团是海洋学家关注多年的问题，其监测方法亟待解决。本将简正波波数层析法用于冷水团监测，并对简正波波数层析用于反演黄海冷水团声速剖面进行了数值模拟。数值模拟结果表明，简正波波数层析可以用于反演平均声速剖面，特别在监测与距离有关海洋环境的声速结构方面大有潜力。     

基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。     

基于数学形态滤波的大地电磁强干扰分离方法

针对矿集区大地电磁信号采集过程中常引入强噪声干扰等问题,采用数学形态滤波对大地电磁强干扰分离方法进行研究。在仿真信号中加入常见的强干扰来检验形态滤波的降噪能力,根据噪声类型选取不同结构元素尺寸及大小,并将形态滤波应用于实测大地电磁数据的降噪处理。采用非线性共轭梯度法进行反演,考查形态滤波对提高大地电磁测量数据质量的改善情况。研究结果表明:数学形态滤波能有效消除大地电磁强干扰中的大尺度干扰和基线漂移现象,重构信号基本保留原始大地电磁信号特征,改善大地电磁测深数据质量。由于该方法原理简单、并行运算速度快,具有较好的应用价值,适合于矿集区海量大地电磁强干扰分离。     

南海北部海水声速剖面声学反演

2009 年6 月在南海北部进行了一次海洋环境和声学同步观测实验. 实验观测到内波活动导致水体声速剖面随时间和空间起伏. 从温度链长期观测数据提取出声速剖面经验正交函数(EOF). 数值仿真研究了水平变化海洋环境下平均声速剖面的声学反演, 结果表明, 反演结果与传播路径上的平均声速剖面具有很好的一致性. 在此基础上, 利用实验中垂直接收阵记录的宽带爆炸声源信号反演海水声速剖面, 并与实验测量声速剖面进行比较, 验证了匹配场声学反演海水声速剖面的有效性和稳定性     

基于小波提取的超宽频带局部放电信号分形分析

为了研究超宽频带局部放电信号在各个频段上的局部特征、发现特征频段，应用小波分析技术，将局部放电信号进行小波分解，使信号变为各个频段的信号，然后计算各个频率段信号的分维数，并通过分维数的变化，来量化分析信号特征峰的特征。应用这种方法，可以得到各频段的放电信号的分形特征，为进一步研究超宽频带放电信号的变化规律奠定了基础。     

基于同态滤波的MLS抗多径测角算法

针对微波着陆系统存在多径干扰引起测角误差的问题,研究了多径干扰的短时、相关、对称、卷积等特性,提出一种基于同态滤波的抗多径测角算法.建立了基于双对称性的信号模型,然后将卷积特征系统转换为线性系统,最后在混合信号中提取信息,实现了“往”“返”脉冲时差的精确测量.仿真表明,在“往”“返”脉冲接收信号存在多径干扰时,该算法能有效地降低多径干扰对测角精度的影响;当算法满足适用条件时,与常规测角算法相比精度提高了一个数量级.     

基于FFT预估计的宽带信号DOA估计

将离散傅立叶变换（DFT）运用到宽带阵列信号处理中,对等距线阵接收的信号进行波达方向（DOA）估计,解决了基于聚焦的宽带信号DOA估计中预估速度较慢的问题。该方法能快速预估出DOA,与采用传统的波束形成法预估相比,计算速度大大提高。用该方法预估后再对波达方向作高精度估计,仍具有对信号的超分辨特性。计算机仿真结果表明此方法可以运用到宽带信号处理中,计算量与传统的波束形成法相比大大减少。     

机械噪声故障特征提取的盲分离法与小波提纯法

机械噪声故障特征提取的难点在于观测信号的信噪比较小．将盲分离技术引入噪声故障特征提取，通过声源信号的相互独立性质，使用二阶盲分离算法从观测的混合信号中提取独立声源信号，然后，通过随机噪声与有效信号在多尺度空间中模极大值的不同传播特性，使用小波模极大值法提取有效信号特征．该算法不仅消除了临近机器或部件辐射噪声的干扰，还消除了随机噪声的干扰，有效提取了机械噪声故障特征．电动机噪声特征提取实验验证了上述算法的有效性．     

一种宽带信号方位估计算法

针对多种宽带信号方位估计算法在不同程度上受到阵元数目、预角度估计、多次求逆矩阵、多次特征值分解或奇异值分解等因素的制约,文章提出了一种在传感器阵列存在误差的情况下,基于统计方法的宽带信号方位估计算法.该算法先将传感器阵列接收的宽带信号转换到频率域内,并考虑在阵列互耦的情况下,采用统计的方法,推导出阵列流形与噪声子空间正交的结论;最后,利用统计结果和窄带方位估计的方法对宽带信号进行方法估计.仿真试验表明,统计方法具有较好的方位角分辨率、噪声不敏感性和较低的计算复杂度.     

UWB多径信道调制方式的误码率分析

为了研究Ultra-Wideband(UWB)系统中可分辨多径分量和不可分辨多径分量携带信号的误码率问题,利用Radio Activated Key Entry(RAKE)接收机的分集技术,在信号发射端分别采用 Binary Phase Shift Keying (BPSK)和Pulse Position Modulation(PPM)调制方式,从这2种调制方式的解析式入手,推导出BPSK与PPM在可分辨和不可分辨多径分量下误码率表达式,并针对在相同叉指数和信噪比下,分别对这2种多径分量信号在不同调制方式下的误码率进行仿真分析.仿真结果表明,在相同调制方式下,可分辨多径的抗误码率性能要优于不可分辨多径的情况.而且,采用BPSK调制无论是可分辨多径还是不可分辨多径,在抗误码率性能上,均优于PPM调制方式.     

基于微扰法的快速声速剖面反演

传统的基于声传播时间的声速剖面反演需要多次搜索不同声速剖面条件下的特征声线,降低了声速剖面反演的速度.通过一个简单的近似,微扰法将实际声传播时间表示为背景声速下的声传播时间与扰动项之和,从而使得声速剖面反演由原来的非线性优化问题转化为线性方程组的求解形式.实验数据处理结果表明,与传统方法相比,虽然微扰法反演的精度下降了近50%,但是计算时间由10 h减少到了3 s,从而实现声速剖面海上实时监测.