潜艇声纳系统水声信号模拟

声模仪供训练声纳员使用。在声模仪里水声信号模拟的依据是水声信号检测理论,在对舰船辐射的噪声和背景干扰噪声及潜艇声纳系统检测信号方法分析的基础上,采用电子线路对水声信号进行模拟。     

水声学

声学的一个分支。它主要研究声波在水下的辐射、传播和接收,用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的声学问题。水声学的研究领域主要包括：新型水声换能器;水中非线性声学;水声场的时空结构（如信号场的相关、简正波场的分离和应用、数值声场预报和信道匹配等）;水声信号处理技术（如最佳时空处理、水声信号的参量估计等）;海洋中的噪声和混响背景、散射和起伏,目标反射和舰船辐射噪声;海洋媒质的声学特性（如沉积层和海底、海面、内波及湍流的声学特性）等水声学     

舰船辐射噪声仿真模型置信度评估方法

根据舰船辐射噪声频域特性，从舰船辐射噪声线谱、谱密度的发展变化趋势、特征频段信号能量 3 个方面考虑，对舰船辐射噪声仿真数据和实测数据进行一致性分析，综合评估舰船辐射噪声仿真模型置信度。通过对舰船辐射噪声仿真模型置信度分析，为舰船辐射噪声仿真信号源置信度提供理论支撑。     

基于辐射噪声特征的舰船目标识别分类方法综述

通过舰船的辐射噪声对目标进行识别分类是水声领域的一个重要研究课题。综合介绍舰船辐射噪声数据获取途径、特征提取技术和目标识别技术。首先,介绍了 4 种数据采集类型较为丰富的辐射噪声数据库。其次,从线谱识别、小波分析和非线性特征提取技术 3 个方面介绍辐射噪声的特征提取技术。最后,从支持向量机等传统分类识别技术和深度学习技术 2 个方向介绍辐射噪声领域的识别分类技术。较系统地总结了基于舰船辐射噪声的目标识别分类技术,可以为舰船目标分类识别的研究提供参考。     

面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性,特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响,对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展,为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是,由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型,从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足,传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备,可望在一定程度上丰富通信数据,为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。 设计并实现了一种浅海水声通信浮标,搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估,同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明,依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析,为下一步工作打下了良好的基础。     

考虑自由面反射作用的圆柱流噪声计算

对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一,目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟,但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚,还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场通过大涡模拟方法求解,自由液面则依靠VOF方法捕捉,通过Curle方程预测远场噪声,基于镜像法考虑自由面的反射作用,数值模拟近自由面圆柱周围的声场分布。开展了Re=3 900下距离自由液面不同高度的圆柱辐射噪声求解,主要结合流场分析自由面对声场的扰动作用和不同深度对水下几何体流噪声的影响。初步考虑了自由液面波形对辐射噪声的反射作用,为后续预测水面舰船的水动力噪声特性提供依据,自由面对辐射噪声的阻抗等作用还需进一步研究。     

基于带乘性噪声模型的水声通信字符估计算法研究

水声信道多途效应明显,而且存在衰落、散射、损耗以及随机时变等特性,使得水声通信系统的接收信号存在严重的码间干扰.利用带乘性噪声系统模型来刻画随机信道,在建模基础上利用最优滤波递推算法实现状态估计.由于状态向量中的第一维与接收信号之间存在一一对应关系,进而可实现水声信号的估计.该算法在最小方差意义下是最优的,能有效克服码间干扰和噪声污染.2种信道的仿真结果表明,在信噪比(SNR)为18db时,误码率(BER)均已经降低到10-4数量级,验证了算法的有效性.     

一种基于FPGA的模拟潜艇噪声信号产生模块的设计

通常水声支援干扰系统中声特征谱信号的算法实现是由信号处理机完成，信号产生模块实现数字信号的数模转换。介绍了一种基于FPGA的模拟潜艇噪声信号产生模块，实现了声特征谱信号生成算法，简化了系统组成。主要介绍了该模块的工作原理、软硬件设计及试验结果，能为相关应用提供技术参考，也可以推广到与信号生成相关的其他领域。     

浅海声信道信号时间相关特性研究

水声信道中信号的时间相关特性是水声微弱信号相关检测的理论基础和具体参数选择依据。文中以厦门港典型的浅海声信道中信号的时间自相关和互相关特性进行实验研究。结果指出,信号有强的时间相关性,无论自相关或互相关性均比海洋环境噪声强得多,因此在水声信道中采用时间相关检测可望达到优良的抗噪声效果。     

拖曳声源深海传播损失算法改进

为实现水声传播损失高效准确计算,以满足工程应用要求,基于南海某深水海域水声调查数据研究改进拖曳声源深海传播损失算法。首先,对信号时间序列分析发现:深海多途传播结构显著,可分为直达波、第一二次海底反射波,信号幅度逐渐减小,海面反射波与直达波重叠;目标信号中心频率产生多普勒频移,与声源拖曳速度对应较好;"单频"正弦信号并非单一频点上的声信号,为一窄带功率谱,谱峰对应信号中心频率。进而,从信号识别及多途效应处理两方面对算法进行改进:基于功率谱频带分布,设计Butterworth滤波器带通截止频率,从频域上滤除噪声信号;依据环境噪声电压幅值,制定其判定标准,从时域剔除与目标信号同频带噪声信号。算法改进后可较好适应低信噪比环境下多途拖曳声源信号能量计算,快速高精度得到传损失数据。