摘要：探测和通信设备是陆/海/空基平台进行环境感知与信息交互的重要保障,基于硬件和软件系统相似性设计探测通信一体化系统可有效减小平台体积,避免多系统相互干扰,提高资源利用率和信息获取效率,因此近年来受到了高度关注和广泛研究。本文首先概述了探测通信一体化技术的发展概况和工作体制,并重点对全共享体制下一体化波形设计的研究现状进行综述,分别面向单输入多输出和多输入多输出的一体化系统进行波形设计方法及信号处理技术的归纳和总结,并给出不同方法的适用场景和优缺点分析;其次,针对海洋信息领域对水声探测通信一体化技术的迫切需求,借鉴雷达通信一体化领域的研究思路,从理论基础、系统原理及系统组成等方面分析了探测和通信声呐系统集成的可行性,阐明了其相比于传统分立式声呐系统的优势。最后,对水声探测通信一体化的应用前景进行了展望,并分析了面临的困难和挑战。本文可以为声呐系统的集成化、多功能化发展提供新思路。

摘要：针对小平台声呐基阵对阵列结构和增益的要求,本文设计了一种由单矢量水听器与声压垂直阵组成的组合垂直声呐阵列。基于组合垂直阵的理论模型提出了一种基于平均声强器的方位估计方法,定量推导了组合垂直阵在三维空间内的增益转化情况并对组合垂直阵的频率特性进行分析。理论研究结果表明:该阵列不仅能够为垂直阵增添水平方位估计能力,而且可以通过三维空间内增益的转化将垂直阵在俯仰方向上的增益转化为水平方向上的增益。通过增益转化,N元组合垂直阵在水平方向上可获得5lg N的增益;平均声强器算法充分弱化了组合垂直阵对信号频率的要求,使其在f_(0)~2f_(0)内可以获得足够大的水平增益。海试的试验结果验证了本文理论的正确性。

摘要：矢量水听器可以同步共点测量声场的声压和振速的各正交分量,具有与频率无关的偶极子指向性,有益于小尺度矢量水听器阵获取较高空间增益和测量目标低频段低辐射噪声。该文依据安静型水下航行器低频段辐射噪声测量的需求,进行了矢量阵测量增益的理论分析和仿真计算,并结合小尺寸水下目标低辐射噪声测量实际应用,设计了一种刚性沉底式矢量水听器阵低频辐射噪声测量系统。该系统实现了水下目标辐射噪声数据的同步采集、存储和实时传输。在千岛湖对测量系统进行了性能初步测试,结果表明,湖试环境中,相同孔径下,其指向性和近场聚焦性能优于声压阵,具有更好的空间增益,预计在水下目标低频段辐射噪声测量实际工程应用中有明显优势。

摘要：随着无线通信技术的快速发展,无线通信系统的通信安全也面临着前所未有的挑战。如何有效实现在非介入条件下进行水声通信物理层信号的识别分析越发重要。文章提出了一种基于循环谱特征的水声通信信号辐射源个体识别方法,采用具有不同滚降因子的根升余弦滤波器表征不同的水声通信信号辐射源个体,设计了适合于水声通信信号的轻量型神经网络模型MobilenetV3-small,将循环谱图作为网络输入,可实现5个二进制相移键控调制辐射声源信号的识别。仿真结果表明,与传统的卷积神经网络VGG16相比,文中所提方法在运行速度、参数量和损失率等方面表现更好,验证了该个体识别算法的有效性。

摘要：针对水声矢量信号处理框架中的高速运动目标低信噪比小快拍条件下的稳健高分辨方位估计问题,将压缩感知技术应用于水声矢量信号空间谱估计模型中.结合声矢量传感器结构特性,探讨了基于声压振速联合处理的广义时域滤波方法;结合矩阵空域预滤波理论,设计了基于阻带约束通带均方误差最大值最小的空域滤波器,研究了矢量声纳空域预滤波方法;结合以上分析,提出了基于压缩感知技术的时空联合滤波高分辨方位估计方法,给出了方法的数学模型、物理解释及具体实施步骤.理论分析和计算机仿真试验表明,新方法对于小快拍数条件下的矢量声纳高速运动目标高分辨方位估计问题,具有较低的双目标分辨门限和较高的估计精度,有着良好的应用前景.湖上试验验证了方法的有效性.

摘要：针对宽带波束形成中的恒定束宽波束响应优化设计问题与鲁棒性问题展开研究。首先,提出一种基于相位补偿的恒定束宽全局优化设计方法,通过对阵列流形向量进行相位补偿来设计恒定束宽波束,与现有的一些方法相比,该方法不仅能获得全局最优解,而且物理实现简单。同时,还提出一种基于协方差矩阵重构的鲁棒自适应宽带波束形成算法。该算法采用Capon估计器估计样本数据的空间一频率谱密度函数,然后对期望信号波达方向之外的角度区间进行积分来重构干扰加噪声协方差矩阵,最后利用重构的协方差矩阵设计自适应波束形成器权系数。该波束形成器设计问题被表述成凸优化问题求解。仿真结果表明,在整个输入信噪比范围内,该算法几乎都能获得接近理想值的输出信干噪比。

摘要：针对传统Helmholtz水声换能器设计中刚性壁假设的局限性,将Helmholtz腔体的弹性计入到液腔谐振频率计算中,实现低频弹性Helmholtz水声换能器液腔谐振频率精确设计.基于细长圆柱壳腔体的低频集中参数模型,导出了腔体弹性引入的附加声阻抗表达式,得到了弹性壁条件下Helmholtz水声换能器等效电路图,给出了考虑了末端修正的弹性壁Helmholtz共振腔液腔谐振频率计算公式.利用ANSYS软件建立了算例模型,仿真分析了不同材质、半径、长度时的Helmholtz共振腔液腔谐振频率.结果对比表明弹性理论值与仿真值符合得很好,相比起传统的刚性壁理论计算结果,本文的弹性壁理论得出的液腔谐振频率值有所降低,与真实情况更加接近.本文的结论可以为精确设计低频弹性Helmholtz水声换能器提供理论支持.

摘要：基于球面传声器阵列的噪声源定位方法,设计加工了阵元随机均匀分布64元球面传声器阵列,研究了球面近场声全息和球谐函数模态展开聚焦波束形成联合噪声源定位识别方法,对算法的性能进行了仿真分析,并利用球面传声器阵列进行了噪声源的定位识别试验.研究表明,阵元随机均匀分布球面阵列具有全空间稳定的目标定位性能,球面近场声全息对低频近距离声源具有较高的定位精度,球谐函数模态展开聚焦波束形成对高频远距离声源具有较高的定位精度,将两种方法联合进行声源的定位识别,可以在较小孔径的球面阵列和较少阵元的条件下,在宽频带范围内获得对目标声源良好的定位性能.

摘要：为测量流激水下翼型结构的流噪声,提出了一种混响箱测量方法。在重力式水洞中搭建了一套实验测量系统,利用混响箱法测量了水下翼型结构模型的辐射声功率。在此基础上研究了流速及结构参数(厚度、肋、声学覆盖层)对其辐射声功率的影响。结果表明:当流速小于5 m/s时,辐射声功率随流速的6次方增长,符合偶极子的辐射规律;当流速大于5 m/s时,辐射声功率随流速的10土1次方规律增长,不再按偶极子的规律辐射;若对水下翼型结构模型加厚、加环肋及外部敷设黏弹性材料,均可在一定程度上抑制流噪声。此研究方法可对水下复杂结构的辐射声功率测量及结构优化设计提供一定的参考。

摘要：为了解决水下声矢量信号处理中的宽带目标被动探测问题,提出了一种波束域的检测算法.该算法借鉴人眼对空间谱的检测原理,对波束域数据进行广义似然比检测.首先结合干扰抑制问题和矢量环境噪声场特性,探讨了波束域变换矩阵的设计准则,并推导了解析解的形式;然后在假定已知不含目标波束个数的情况下,构建了波束域的概率密度模型,并对模型中的未知参量进行最大似然估计,进而给出了广义似然比检测器的形式;最后应用信息论准则,给出了不含目标波束个数的估计方法.理论分析与仿真实验表明,该算法在强目标干扰,以及背景噪声功率谱起伏、时变等环境下,始终具有更好的系统增益和恒虚警率特性.湖上试验的结果进一步验证了算法的有效性.