高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。     

圆阵低频超增益波束形成用于水下目标探测研究

针对小尺度基阵难以取得低频空间增益的问题，研究了圆阵超增益波束形成技术检测低频目标的方法。利用小尺度基阵低频噪声的空间相关性，求出基阵的相关系数矩阵，该矩阵对常规波束形成的权系数进行加权，产生超增益波束形成器的最优加权向量。计算机仿真与实测数据处表明：超增益波束形成技术能够在较低的工作频率上形成波束，获得更好的探测定位性能，有良好的应用前景。     

一种基于FFT波束形成的BDI算法分析研究

多波束条带测深你是进行海底地形测绘的主要设备，该设备的信号处理部分所要完成的主要任务就是精确测量深点目标回波的DOA（Direction of Arrival）和TOA（Time of Arrival）。研究了基于FFT波束形成技术的BDI（Bearing Diviation Indicator）算法，算法可完成对海底回波信号的时间和方向的联合估计。通过计算机仿真工作和海试数据的处理，得出结论：FFT波束形成技术可以有效地提高波束形成的数目：BDI可以精确地海底回波信号进行回波时延估计和方向估计，尤其是BDI算法可以提高镜向海底区域的边缘波束的测量精度。     

基于相干原理的多波束测深新算法

为了改善多波束声纳的分辨率,提出了一种基于相干原理的测深新算法,对每一个波束脚印内的信号进行相干处理,获得了大量的海底深度值。在此基础上,采用新算法对仿真数据和某型号多波束测深声纳湖上实验数据进行处理。结果表明,相对于传统多波束测深算法,该算法可显著提高声纳海底测量的分辨率,获得大量的海底深度测量值。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。     

基于水听器阵的广义相关波束形成算法研究

传统上都是使用基于常规波束形成(CBF)输出功率的不同进行声源的被动检测和定位。广义相关波束形成,是一种旨在将平均Toep litz相关函数用于估计波束形成的输出功率。从线性矢量水听器阵出发,分析了常规波束形成,对广义相关波束形成(GCBF)进行了深入研究,通过对广义相关波束形成器进行“W ilson”和“Bartlett”加权,可以分别得到FIM(WFIM)和CBF,对这三种波束形成器进行了理论分析和计算机仿真,结果表明三个波束形成器的分辨能力从高到低依次是:FIM、WFIM、CBF。     

强干扰背景下水中微弱信号的垂直阵波束形成研究

针对垂直阵在强干扰背景下采用常规波束形成方法难以估计目标俯仰角的问题，研究了超波束与逆波束形成等方法在垂直阵中的应用。讨论了超波束与逆波束形成原理，仿真分析了其波束图，表明分辨率比常规波束形成有明显提高。实测数据分析表明：超波束方法可以分辨目标与干扰的俯仰角轨迹，对角加载逆波束 MVDR 方法可以获得目标的俯仰角轨迹。研究结果解决了强干扰背景下微弱目标信号俯仰角难以估计的问题，为微弱目标定位提供了新的途径。     

多波束系统数字测深模型设计

根据多波束系统工作原理,充分考虑波束角立体特性及海底地形的二维区域特征,给出多波束系统数字模型的详细设计步骤,并以实际海底水深数据进行检验。结果表明,该模型比较符合理论分析及实际情况,在仿真实验中可以模拟实际的多波束系统。     

一种优化多通道声波束形成的方法

因基阵各通道不均衡,使得水声接收系统波束形成时,目标检测、方位估计等性能经常达不到预期。分析了各通道信噪比、辐值、相位影响波束信噪比的机理,提出了一种减小基阵各通道不均衡的方法,并利用实测数据进行了仿真。仿真结果表明：该方法可有效地提高水声接收系统的目标检测、方位估计等性能。     

环形障碍物-轴棱锥产生局域空心光束

提出一种产生局域空心光束(bottle beam)的新方法,它是在传统的轴棱锥底面上放置一个环形障碍物.平面波入射到带有环形障碍物的轴棱锥底面时,将在轴棱锥产生的最大无衍射距离内形成bottle beam,而在bottle beam的前后仍然保持无衍射贝塞尔光.通过变化障碍物大小及轴棱锥底角实现bottle beam尺寸的控制.利用衍射理论描述了平面波经带有环形障碍物的轴棱锥产生bottle beam的原理,分析和模拟了传输过程中不同位置的截面光强分布及整个过程的三维光强分布,并给出相关的实验结果.研究结     

SII型海洋重力仪摆增益调节方法与应用

不同序号的海洋重力仪内部结构有所不同,常规使用的摆增益调节方法对有些仪器无效。详细介绍了摆增益调节的要求以及三种不同的摆增益调节方法,分析了这三种摆增益调节方法的优缺点,并就如何选择使用这三种不同的摆增益调节方法提出了建议,实践证明效果良好。     

单波束测深技术在海底管道检测中应用

为查明海底管道的位置和掩埋状态,在海底管道检测中使用了单波束测深技术。对探测过程中海底管道的声波反射特征和解释方法进行了研究,研究结果表明,浅水时反射曲线更能反映管道的真实形态;深水时无论是绕射曲线还是反射曲线均与管道的真实形态有较大差异。波束角会严重影响单波束对海底管道的探测能力。通过对测量记录的分析,可对海底管道的位置、埋设深度和是否发生悬空等状况进行判断。     

阶变折射率轴棱锥产生局域空心光束

提出利用折射率成阶跃性变化的轴棱锥产生局域空心光束(bottle beam).讨论了折射率沿径向成阶跃式减小或增加两种模型,从几何光学角度分析了它们产生bottle beam的原理,利用衍射积分理论数值模拟两种轴棱锥光传输的光场分布和不同距离处的二维光斑图,研究结果表明折射率沿径向阶跃减小的轴棱锥产生单个bottle beam,而折射率沿径向阶跃增加的轴棱锥产生具有周期再现的bottle beams.bottle beam在原子引导和囚禁、光学俘获及光镊等方面有广泛的应用, 因此本文的研究对bottle     

各向异性介质控制束偏移及海上数据应用实例

随着勘探区域逐渐从陆地过渡到海洋,勘探目标逐渐趋于复杂化,高精度成像方法已经成为海洋油气勘探的瓶颈技术。高斯束偏移是一种灵活且高效的深度域偏移方法,对实际资料成像具有较好的适应性。该文发展了一种适应于海洋观测系统的高精度高斯束偏移方法,首先将海上接收的共偏移距地震记录进行加窗局部倾斜叠加,通过数学变换将共炮域公式推广到共偏移距域,再从炮点和检波点分别进行射线追踪,最后采用数据驱动的方式进行成像。一方面,考虑到地下介质的各向异性,引入了各向异性射线追踪方程;另一方面,根据有效信号和干扰信号在τ-p域中的相干性差异,在高斯束偏移过程中对地震信号进行控制,降低偏移剖面中的随机噪声,提高同相轴的连续性,最终实现了一种VTI介质共偏移距域数据驱动控制束偏移理论方法。在实现算法的基础上,通过各向异性洼陷模型、修改的SEG/Hess VTI模型及海上实际资料成像试处理,结果表明:各向异性参数对共偏移距道集中的大偏移距信息成像质量改善明显;当地层各向异性不能忽略时,新方法能够更加准确地恢复地下的复杂构造;新方法能够在一定程度上提高低信噪比数据的偏移成像效果。     

基于窗函数法的恒定束宽波束形成器设计

文章研究了等间距线列阵宽带恒定束宽波束形成器的实现原理。给出了利用窗函数获得实现恒定束宽所需子频带加权矩阵的方法。利用获得的加权矩阵，构建了恒定束宽频域算法模型，并通过计算机仿真验证了其有效性。     

Comparison between relay propagation and direct propagation of Gaussian—Schell-model beam in turbulent atmosphere along a slant path

The relay propagation of Gaussian--Schell-model in turbulent atmosphere along a slant path is studied in this paper. Based on the extended Huygens--Fresnel principle and a quadratic approximation, an analytical formula of average intensity for Gaussian--Schell-model beams in turbulent atmosphere along a slant path is derived, and some special cases are discussed. From the study and the comparison with the direct propagation, we can see that the relay propagation has an advantage over the direct propagation. When the altitude of the target is low, the peak intensity of relay propagation is much larger than that of direct propagation. However, because of the limitation of the relay system aperture for relay propagation and the variation of coherence length for direct propagation, the difference in peak intensity between the two propagations decreases with the increase of the target altitude.