利用激光从散射光中提取水下声信号的探测技术

提出了一种从散射屏的散射光中提取水下声信号的方法，建立了一套采用这种方法探测水下声信号的实验装置，利用此装置能够从散射屏的散射光中提取到水下声信号。验证了从激光的散射光中提取水下声信号是可行的，这为直接从水表面散射光中提取水下声信号建立了一定的实验基础。     

激光干涉法探测水下声信号

为实现在空中利用激光技术对水下目标进行探测的目的,提出一种从水面散射激光中获取水下声源信息的方法.利用携带声波信息的散射光和参考光的干涉现象来获取水表面声波的频率和幅度信息.采用该方法建立的实验装置可准确探测水下声信号,验证了理论和仿真程序的正确性以及该方法的可行性,为航空遥感水下目标提供一种技术途径.     

水下距离选通成像系统后向散射光的计算

为了实现在室内测试距离选通成像系统的分辨力，建立了后向散射光模型．分析并给出了典型的脉冲激光照明的水下距离选通成像系统的光学几何结构和相关参数．采用辐射传输理论建立了水下距离选通成像系统的后向散射光模型．编制了相应的计算机程序，根据典型系统参数计算并绘制了系统的重叠系数和后向散射光随时间的变化曲线．结果表明，到达探测器的后向散射通量随时间快速上升，达到最大值后又快速下降，5ns激光脉冲的后向散射辐射通量集中分布在20ns时间间隔内。     

激光探测水下声信息的计算与分析

接收端接收到的光线是随时间变化的,所以通过运算就可以得到水表面微波的频率特性,又由水表面微波理论知道,水表面微波的振动频率等于水下声信号的频率,而水表面微波的频率又跟水表面微波的振动频率存在一定关系,因此,通过统计接收到的光线的变化规律,并根据水表面微波与它的振动频率的关系,就可以得到水下声信号的信息.在此理论的基础上,本文从光学的角度提出了光线分析理论模型,并对这一理论模型进行了分析、计算,为激光探测水下声信息理论的更进一步分析奠定了一定基础.     

粗糙海面对空气中声源激发水下声场的影响

提出一种计算粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的方法,并通过数值仿真研究粗糙海面对水下声场的影响.在波数积分模型的基础上,采用微扰法将声场分为平均声场和散射声场之和.其中,平均声场采用国际流行的波数积分模型OAST计算,散射声场采用自相容扰动法计算.对不同风速、不同声源频率条件下的声场进行仿真,结果表明风速越大、声源频率越高,总声压变化范围越大,同时,水下接收到的平均声压和均方声压受到的影响越大.     

激光通量变化法探测水下声信号

该文将表面波理论与水声理论相结合,分析了水面微振动的物理过程及其表象的水声理论实质,提出了利用激光通量变化测量水表面质点振动位移的方法,设计了一个单点激光测量系统对此方法进行了实验验证.结果表明,激光通量变化法可有效探测水下声信号,同时对水面平整度的影响较宽容.     

多尺度分析在水下声场弱信号探测中的应用

利用小波变换的时—频局部化性质，对激光探测水下声场弱信号进行正交分解，得到在各个尺度下的细化信号及平滑信号，从而对信号进行全面细致的分析．实验结果表明：小波分析方法适合于微弱信号的检测和特征提取，在改善了信噪比的同时，还保持了很高的时间(空间)分辨率．小波分析具有准确度高，抗噪声性能好，检测范围宽，灵活方便等优点．     

激光水下目标探测中混沌背景信号重构的研究

对激光水下目标探测中混沌景信号的重构问题进行了研究。讨论了混沌时间序列的动态特性，并实际计算了激光水下目标探测中混沌背影信号的时延、混沌维数等有关征参量。阐述神经网络重构时间序列模型机理的基础上，提出用神经网络局剖预测法重构水下目标探测中混沌背影信号，最后在成功地重构出屯背影信号的条件下，利用预测误差检测到水下目标探测中的有用弱信号。实验结果表明这种方法是比较有效的。     

基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展，自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展，为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求，同时降低其自主定位成本，设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法．首先，针对水声信道的复杂性，设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号，仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性；其次，结合倒置的超短基线定位原理，设计了布放在已知参考点的四阵元基站，各阵元发出相互正交的声频梳信号，水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号，利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测；最后，针对声学频率梳的时域和频域特性，推导了接收信号与飞行时间的关系，利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测，进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果，结合倒置的超短基线定位方法，实现航行器的位置实时解算．水下实验结果表明，本方法复用率高、可操作性强，水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算，进一步降低了成本和系统复杂度．同时，也证明了声频梳信号的高可靠性，可在水下航行...     

激光水下目标探测信号的光学遮挡接收

针对激光水下目标探测信号接收的困难，提出了简单易行的光学遮挡接收方法，蒙特卡罗模拟结果表明，该方法能完全去除接收信号中的海面强反射脉冲和部分海水后向散射包络，同时保证有用的目标反射脉冲基本不受影响。     

存在多流干扰的水声信道信号检测初探

为提高海洋水声通信系统的传输速率,采用并行多发射源技术是可行方案之一,其存在的困难是接收信号存在多流干扰,海洋水声信道又存在比较严重的多途径干扰,因此须对接收端信号检测器的抗多流及抗多径性能进行全面考察.初步研究了正交动态滤波器的抗多流和多径干扰的能力,在无多径干扰的情况下,理论分析和仿真结果均显示其在检测信号的同时可以完全抑制多流信号的干扰,在存在多途径干扰的情况下,仿真结果显示其信号检测能力及抗多流干扰能力虽有所下降,但是,在多途径效应不是特别严重的情况下,仍可正确地检测出所需信号.     

水表面横向微波一维模型的理论研究

利用水下声信号在水表面引起横向微波振幅很小的条件，将普遍的流体力学方程线性化，推导出水表面一维模型的横向微波色散关系以及波的传播形式。结果表明：水表面横向微波具有波长短、传播速度小的特点，因而可以对入射到表面的激光束进行调制，为水下的声信号检测奠定了理论基础。     

多输入多输出浅海水声信道响应的盲估计

提出一种在频率域实现的MIMO（multi—inputs multi—outputs）盲解卷积算法，可以在较低信噪比下求解得到浅海水声信道冲激响应的逆滤波器响应，不受时间域的原始信道阶数很长且稀疏的影响，经过求逆后得到原始MIM0浅海水声信道的冲激响应．最后采用合理的声场仿真模型验证了算法的有效性．     

一种基于Logistic映射的水声混沌信号测距方法

在浅海水声定位系统中,针对传统声呐信号持续时间长、效率低、正交性差的问题,提出了一种抗噪声、快速、窄带的水声混沌信号。通过推导Logistic混沌序列的混沌性和相关特性;并据此将具有混沌特性的相位信息对混沌序列进行调制。理论表明调制后的水声混沌信号具有正的Lyapunov指数、理想的相关性和窄带性。水域数据分析显示,水声混沌信号依旧表现出混沌性和窄带性;并且与同水域实验的m序列相比,定位精度提高了5 cm左右,信号时长缩短了73 ms,为海洋中动态目标的快速定位提供了参考。     

多径传播的水声信号模拟研究

对海洋水声信道特性进行了分析，阐述了中远距离浅海声环境多径效应的形成机理，构造了适合于计算机实时模拟的水声数据信号数学模型。用计算机模拟实现了通过调节发射信号载波频率及多径效应干扰程度等参数来调整水声信号。     

水下声信号激发表面波衰减系数测量

建立了一个简单,可行的光学系统用于探测低频水下声信号。激光斜射到有表面波存在水面时,观察到了清晰、稳定的衍射图样,发现衍射图样具有明显的非对称性;且这种非对称性具有普遍的适用性。理论上得到了衍射光场光强分布的解析表达式。结果表明,衍射图样的非对称性与液体表面波的衰减系数有关。根据提出的方法可实现液体表面波衰减系数的便捷测量;且结果是很准确的。