水声信号

摘要： 水声目标辐射噪声特征提取和识别技术是水声目标识别的重要任务,也是水声信号处理领域的难题。鉴于梅尔滤波器中提取的听觉特征在语音识别中的广泛应用,文章基于梅尔倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)和卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)构建了一个水声信号深度分类网络。该分类网络通过MFCC特征提取方法逐帧提取舰船辐射噪声信号的梅尔倒谱系数,将其构建特征矩阵输入CNN中进行分类,构建了一个4类舰船辐射噪声样本集,并利用所提出的网络考察了不同维度下MFCC和LOFAR特征的分类性能,分析了不同类型特征和不同特征维度输入对网络分类性能的影响,可为水声分类研究相关人员提供参考。

摘要： 海洋中存在大量的噪声及混响干扰,为进一步提高船舶声呐系统的探测距离,需要从干扰背景中,对信号进行有效检测,为此运用水声信号处理技术中的快速捕获算法。明确水声信号的传播特性,了解并掌握信号的捕获原理。通过对经典捕获算法的分析发现,它们在实际应用中存在不足,以现有的算法为基础,提出一种改进算法。经验证该算法在深海船舶低频水声信号捕获中具有良好的适用性,捕获速度快,灵敏度和精度高。

摘要： 水下衬砌基础破坏无损检测是目前水下检测工作的一个难题。为解决水下衬砌结构和基础破坏检测问题,利用Biot-Stoll理论深入分析了水声信号在水下破坏介质中的传播规律,同时结合声波数值模拟分析了不同衬砌基础破坏的声学信号反射特征,给出了进行基础破坏检测的声学参数。实际水下衬砌基础结构破坏检测案例表明,基于水声信号的水下衬砌基础结构破坏检测技术可有效分析水下衬砌基础破坏类型及破坏范围。

摘要： 小波变换是一种重要的信号处理方式,需要采取合适的变换形式,提高算法的有效性,保障信号的识别效果。基于此,将从小波变换、数据处理、变换解析、变换算法4个方面对小波变换在水声信号处理中的应用进行了分析,对小波变换使用方法进行了深入探讨,采取正确的小波变换算法,使水声信号的处理更加的精确,更具有实际意义。

摘要： 针对水声信号探测系统的需求,设计一种多通道可重构且小体积高集成度的水声信号采集模块.根据性能指标要求和水声信号特点,提出采集模块总体设计方案,硬件方面加入可重构带通滤波器增强采集模块的通用性,采用基于IEEE 1588V2标准的精确时间同步协议方案,提高多模块分布式应用时的系统采集同步精度;开发基于QT的处理机显控软件,实现采集控制与数据实时回看.对采集模块性能进行测试,其结果表明,该水声数据采集模块能够满足设计需求,其已在某声纳工程项目中得到实际应用.

摘要： 近一个多月来,中国周边海域水下动静不小。继“南海战略态势感知”计划平台报道美国海军“无暇”号水声测量船被发现自2月268起在中国西沙群岛附近“瞎晃悠”了半个多月后,日本共同社3月48报道称,日本海上自卫队最新一艘“响”级水声测量船“安艺”号于当天服役。美日“不约而同”地强化水声信号监测力量的行为,再次引发了外界对水声测量船这类特.种舰船的热议。小众、低调、另类,充满神秘感的水声测量船到底有哪些“不能说的秘密”?请往下看。

摘要： 随着各型主被动声呐设备的发展,基于嵌入式系统的水声信号处理平台需求越来越大.介绍一种以TI公司C6748 DSP芯片为控制核心,基于通用并行接口(universal Parallel Port,uPP)协议的水声信号采集与发射模块.试验结果表明,该模块可实现宽频水声信号的高速采集以及水声信号的可订制发射功能,具有集成度高和可移植性强的优点.

摘要： 稀疏表示研究信号简洁表示与重构的本质问题,能够更好地揭示、分辨和提取信号中所蕴含的信息特征,在水声信号处理的许多应用方面都显示了巨大的优势和潜力.本文综述了水声信号处理中的稀疏表示理论及有关应用问题.首先介绍了稀疏表示模型和典型的稀疏分解算法;然后,研究了自适应过完备字典设计、离网格处理等稀疏表示的关键问题;接着,探索了稀疏表示理论在水下信号处理中的一些重要应用,包括高分辨波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计、水下体目标微多普勒特征提取、运动目标角度-多普勒声成像、水声信号压缩感知与重构;最后,指出稀疏表示理论在水声信号处理中的发展趋势.进行了必要的计算机仿真,提取了水下目标时、频、空域多维度信息特征,并实现了两类典型通信信号的有效压缩和精确重构.

摘要： 针对当前舰船电子信息远程传输控制技术,定位水声信号存在偏差,导致舰船电子信息丢包率和返包率较高的问题,提出嵌入式舰船电子信息远程传输控制技术.利用声载波、水声通信舰船源信号,选取4个水声换能器,并联组成声学基阵,计算目标声源测向角度,噪声定位电子信息水声信号.令基阵接收的源信号转换为数字信号,预处理后进行压缩加密处理,利用PCI总线技术,传输电子信息的密文流至接收端口,解密后获得电子信息明文流,实现嵌入式舰船电子信息远程传输控制.实验结果表明,设计技术能够有效减少丢包率和返包率,充分保证舰船电子信息远程加密传输的稳定性.

摘要： 在水声信号分类应用中,由于保密或采集条件限制等原因,样本通常会不足,导致深度学习框架的分类精度不高.为解决小样本水声信号分类精度不高的问题,提出一种结合频谱变换和深度学习框架的方法.通过对各类频谱变换测试,发现LOFAR频谱变换能显著提高声音信号中的特征表现.使用GAN网络对频谱变换后的样本扩充,使用改进的CNN网络对频谱图进行分类.实验结果表明了上述框架可以生成高质量的样本,显著提高水声信号的分类精度.

摘要： 为提高目标识别准确率,以一定数量样本的四类水声目标信号为研究对象,分别提取近似熵、样本熵、模糊熵三种非线性特征作为K近邻分类器(KNN)和支持向量机(SVM)的输入特征.分类结果表明,近似熵和样本熵只能有效区分部分目标类型,而模糊熵特征对于四类目标类型的平均识别率达到了98.55％,验证了模糊熵可作为区分文中四类水声信号的有效特征.

摘要： 水声信号经过海洋波导传播后,接收信号会产生畸变.海洋环境和声源先验信息未知的情况下,由畸变的接收信号重构源信号的过程称为盲解卷,盲解卷的实质是抵消畸变.从声场简正波角度理解,接收信号的畸变由两部分构成:多模传播和单模频散.为抵消这两种畸变,提出一种盲解卷方法:首先利用数据驱动模态分解进行简正波过滤抵消多模的影响;然后利用消频散变换抵消单模频散.海上试验数据处理结果表明,相比以前单纯的简正波过滤盲解卷,本文方法重构出的源信号与真实源信号的相关系数能够提高15个百分点.

摘要： 针对声纳系统水下接收分机多通道、高采样率、高分辨率的技术要求,本文设计了基于FPGA的多通道水声信号采集系统.系统采用18bit的AD7690作为6个板卡共180路水声通道的模数转换器,通过单端转差分芯片ADA4941将接收信号调理放大至ADC量化范围,按照FPGA产生的300K同步信号采样,硬件电路设计及滤波处理有效地降低了多板卡之间的噪声和相邻通道的信号串扰,通过时序约束及优化保证了多通道数据串行采集准确无误.经过实际测试,采集系统的带内信噪比可达92.04dB.

摘要： 河道、库区的泥沙淤积问题是整个黄河流域水库、西部含沙量较大河流水库所面临的难题.在泥沙研究方面,黄河调水调沙是针对黄河泥沙问题的重要实践,泥沙资源化问题也是黄委会针对泥沙问题的一个新的研究方向.探明库区泥沙的淤积形态、坝前泥沙的淤积厚度、识别淤积泥沙的密实度等问题对库区调度及库区长期安全运行以及泥沙资源化等均具有重要意义.水声探测及水上地震勘探技术由于可穿透水底并获得到水底之下泥沙分布情况,在泥沙淤积探测问题中具有重要作用.

摘要： 本文针对航运过程中发生的集装箱落水事故,提出了一种基于无线传感网的集装箱快速探测定位系统.水面探测节点组织成无线传感网,通过水声信号探测安装在落水集装箱上的信标节点,实现对落水集装箱的测距,测距信息经水面无线传感网传送到监控中心,完成定位计算与信息显示.设计实现了水面探测节点、信标节点,编写了水面无线传感网组网、测距定位及信息显示软件.在大型水池进行了原理验证实验,测试结果验证了对落水集装箱的高效探测定位功能.

摘要： 分裂阵接收同源远场平面波形式入射的水声信号,当入射方向偏离主瓣轴向较小时,其分裂波束之间出现一个相对时延,即时延偏离量.证明均匀线列阵和圆弧阵分裂波束之间时域上的时延偏离量与空域上的方位偏离量在一定范围内呈近似线性关系.该线性关系不依赖于信号频率,因此可同时适用于宽带和窄带信号体制.分析影响线性范围的因素,仿真表明小孔径阵的方位偏离量较大时仍有较好的近似线性关系.预期可利用该线性关系区分主瓣内的目标与混响,有利于在主动声纳孔径受限条件下抑制混响.

摘要： 水下目标识别的关键技术是提取有效的目标信号特征,由于舰船辐射噪声信号的复杂性,信号的去噪也显得尤为重要.文中先后介绍了水声信号预处理方法、特征提取与选择算法以及BP神经网络分类器的工作过程,其中小波阈值去噪和小波变换在信号预处理、特征提取方面效果显著.

摘要： 水声信号是在海洋信道中进行传播的,因海洋信道的复杂随机时空变化特性使得水声信号发生了畸变,严重的甚至影响和干扰了信号特征的提取与分析.信号处理中的自适应滤波技术针对任何未知统计特性的环境信号可通过改变自身滤波器参数来提高对信号处理和分析的性能,并不需要有信号和环境的先验信息.因此,研究应用于海洋信道信号处理的自适应匹配滤波技术是非常必要的.本文通过分析最小均方(LMS)自适应滤波器的算法原理和性能,提出了一种针对海洋信道随机复杂变化的、计算速度和收敛速率高于LMS算法的频域最小均方(FLMS)自适应滤波算法,在仿真实验和海上试验数据处理应用中能较好的抑制海洋信道的噪声和突出信号线谱.

摘要： 自适应波束形成方法具有较好的干扰抑制能力和空间分辨能力,常被用于雷达声呐系统中.在实际应用中,采样协方差矩阵估计不准会引起自适应波束形成方法性能下降甚至失效.研究人员针对该问题提出很多算法,如各类稳健Capon波束形成方法等.这些方法在实际应用中效果明显,但会遇到阵列孔径减小、计算量大等问题. 本文提出基于协方差矩阵外推(CovarianceMatrix Extrapolate, CME)的自适应波束形成方法。介绍了所提方法的原理，并通过仿真和实测数据对该方法在低快拍数下的有效性进行验证。

摘要： 自适应波束形成方法具有较好的干扰抑制能力和空间分辨能力,常被用于雷达声呐系统中.在实际应用中,采样协方差矩阵估计不准会引起自适应波束形成方法性能下降甚至失效.研究人员针对该问题提出很多算法,如各类稳健Capon波束形成方法等.这些方法在实际应用中效果明显,但会遇到阵列孔径减小、计算量大等问题. 本文提出基于协方差矩阵外推(CovarianceMatrix Extrapolate, CME)的自适应波束形成方法。介绍了所提方法的原理，并通过仿真和实测数据对该方法在低快拍数下的有效性进行验证。

摘要： 本发明公开了一种MSK信号嵌入海豚哨声信号的仿生水声通信方法。在发射端，以提取的真实海豚哨声信号时频谱轮廓曲线与MSK信号相加的结果为基础，合成仿生通信信号，在仿生通信信号前添加原始哨声信号作为同步信号，形成一帧发射信号。在接收端，通过同步信号相关确定仿生通信信号的起始位置，提取接收仿生信号时频谱轮廓曲线，将其与发送端的真实海豚哨声信号时频谱轮廓曲线相减，得到接收MSK信号，解调MSK信号，实现信息解码。该仿生通信方法对真实海豚哨声信号样本的特征和数量没有特殊要求，合成的编码信号符合海豚哨声信号特点，具有很强的隐蔽性。

摘要： 本发明公开了一种利用分段LFM信号仿海豚哨声信号的水声通信方法。依照海豚哨声信号频率随时间变化的特点，利用多个LFM信号分段组合模拟海豚哨声信号,采用BOK方法实现对LFM信号的信息调制，进而实现基于海豚哨声信号和LFM信号的仿生水声通信调制。在接收端对均衡后的接收数据中每段LFM信号的中心频率和调频率进行估计，并基于调制时采用的海豚哨声信号样本，进行解调，得到调制信息。采用该分段LFM仿海豚哨声信号的水声通信方法，可以实现利用简单的线性调频信号进行高真实性的仿生伪装水声通信，增强通信的隐蔽性与实用性。

摘要： 本发明实施例公开了一种水声信号的模拟方法，用于实现在陆地上对成像声呐进行调试，简化了调试工作且节约了成本。本发明实施例包括：根据所述目标物体与所述成像声呐之间的成像距离，计算出各通道信号的延迟时间；根据所述目标物体与所述成像声呐之间的成像方位，计算出各通道信号的延迟相位；根据所述延迟时间和所述延迟相位模拟出所述目标物体在接收到所述声呐发送的探测信号时，向所述成像声呐响应的水声信号；将模拟出的所述水声信号发送给所述成像声呐，以使得所述成像声呐利用所述水声信号模拟出所述目标物体。本发明实施例还提供一种水声信号模拟器和成像声呐，用于实现在陆地上对成像声呐进行调试，简化了调试工作且节约了成本。

摘要： 本发明公开了一种基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法，包括水声换能器组和电子箱，电子箱内设有信号产生设备、功率放大器、前置放大器、信号采集设备和电源设备，信号产生设备连接功率放大器，功率放大器连接有前置放大器，前置放大器连接信号采集设备，信号采集设备连接有信号处理设备，信号产生设备、功率放大器、前置放大器和信号采集设备均与电源设备相连接；功率放大器连接水声换能器组。该系统可以采用定点安装进行长期监测，也可以为简易携带式进行多点现场测量。该系统采用多频水声信号，能够克服常规测量仪器的诸多弊端。它能够提供更好的抗生物淤积能力，大大降低手动清淤的频率，适合野外长期连续监测。

摘要： 本发明公开了一种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，其特征在于：所述动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统、型号为AD5930的DDS芯片、外部开关电路、型号为40M的有源晶振、型号为PIC12F509的动态晶振、晶振开关电路、串口分配电路、压力传感器、无线通信模块A、无线通信模块B、电子罗盘、电源管理电路、充电电池、信号调理电路、放大滤波电路和电源系统；通过以上措施，简单方便实现DDS芯片输出信号的频率、幅度可调，尤其是在DDS芯片输出低频信号时效果良好，增加了动态信号发生装置的适用范围，提高了动态信号发生装置的性能。

摘要： 本发明公开了一种水声信号的识别方法与水声信号识别模型的训练方法。该水声信号的识别方法，包括：获取水声信号；利用小波散射变换模型，提取所述水声信号的小波散射特征；基于已训练神经网络模型识别所述小波散射特征，得到所述水声信号对应的目标对象。

摘要： 本发明实施例公开了一种水声信号的模拟方法，用于实现在陆地上对成像声呐进行调试，简化了调试工作且节约了成本。本发明实施例包括：根据所述目标物体与所述成像声呐之间的成像距离，计算出各通道信号的延迟时间；根据所述目标物体与所述成像声呐之间的成像方位，计算出各通道信号的延迟相位；根据所述延迟时间和所述延迟相位模拟出所述目标物体在接收到所述声呐发送的探测信号时，向所述成像声呐响应的水声信号；将模拟出的所述水声信号发送给所述成像声呐，以使得所述成像声呐利用所述水声信号模拟出所述目标物体。本发明实施例还提供一种水声信号模拟器和成像声呐，用于实现在陆地上对成像声呐进行调试，简化了调试工作且节约了成本。

摘要： 本申请涉及一种水声信号波达方向估计方法、系统、水声设备和存储介质。该方法包括：通过接收水声信号，将水声信号转化为第一信号，对第一信号进行预设采样率的降采样处理，获得第二信号；对第二信号进行信道估计，获得时域多径信道冲激响应；根据时域多径信道冲激响应，获得多径信道的局部峰，获取每个局部峰的峰值位置与半高宽；以所有局部峰的峰值位置与半高宽作为初始参数，进行高斯拟合，获得拟合波形；对拟合波形按照时间顺序进行匹配；以匹配后的拟合波形，结合换能器的阵元位置，通过延迟相加技术估计每条信道路径的波达方向。本发明，完成了对包括宽带信号的波束形成，精度高，且适用于宽带信号。

摘要： 本发明公开了一种基于多频水声信号的悬移质测量系统及信号处理方法，包括水声换能器组和电子箱，电子箱内设有信号产生设备、功率放大器、前置放大器、信号采集设备和电源设备，信号产生设备连接功率放大器，功率放大器连接有前置放大器，前置放大器连接信号采集设备，信号采集设备连接有信号处理设备，信号产生设备、功率放大器、前置放大器和信号采集设备均与电源设备相连接；功率放大器连接水声换能器组。该系统可以采用定点安装进行长期监测，也可以为简易携带式进行多点现场测量。该系统采用多频水声信号，能够克服常规测量仪器的诸多弊端。它能够提供更好的抗生物淤积能力，大大降低手动清淤的频率，适合野外长期连续监测。

摘要： 本发明为一种长基线水声信号收发处理设备及其信号处理方法，属于水下定位设备技术领域。本发明通过测量各应答器信号到达的时间来进行定位，主要包含收发控制单元、模拟处理单元、模数/数模转换单元、信号处理单元、供电单元以及网络交换单元等。采用较为先进的电子电路器件，保证系统运行的效率。实现了长基线系统中水面平台上对水下目标的定位，水下目标进行自导航。在大量应答器存在时，实现了各应答器信号的区分功能，精确检测信号到达时间，同时完成了交汇解算等大量信号处理任务。本发明满足了水上、水下两用需求，实现了标准化，含有丰富的功能及扩展接口，适用于不同的应用场景。机箱结构紧凑，使用方便，利于靶场试验的进行。