浅海声场相干结构及其信号处理

We can predict the complex low frequency interference structure of shallow sea only using one scalar quantity invariant β. Based on invariant β we can realize passive ranging and velocity measuring of targets and increase detection distance. This is new thought and method of underwater acoustic signal processsing. This application will establish simulation software system and develop new method based on combination of theory and simulation. We will first study four characteristic fuctions of shallow water as time space filters and researh interference stripe equation on figures of four characteristic fuctions and its application. Then we will study the theory about invariat β and method of extracting β value and passive ranging by pilot sound source. Last we will study sonar detection method and horizontal split array's passive ranging based on invariant β. Research productions of this application will be applied to multiple type of sonars, especially towed line array sonar. Harbin Engineering University has a nice-feature and full-equipped channel simulation water tank. This tank can be used for experimental research to validate the correctness of new theory and new method.

仅用信道不变量β一个标量就可以预报复杂的低频浅海声场的干涉结构，基于信道不变量β可以实现对目标的被动测距、测速等功能，并能提高探测距离，这是水声信号处理的新思维、新方法。本申请将建立有关仿真软件系统，将理论和仿真相结合发展新方法。本申请将首先研究浅海的作为时/空滤波器的四种特征函数以及在各种特征函数历程图上的干涉条纹方程及其应用，接下来研究β不变量的理论、不变量β值的提取技术以及引导声源被动测距技术，最后研究基于β不变量的声呐检测技术以及基于β不变量的水平分裂阵被动测距技术。本申请研究成果将可应用于多种声呐，尤其是期待用于拖曳线列阵声呐的被动测距。哈尔滨工程大学拥有一个性能优良、设备配套的"信道模拟水池"，此水池可用于支持本项申请的实验研究，用于验证新理论、新方法的科学性。

本项目的主要研究内容包括：(1)时空滤波器的四种特征函数。进行了理论研究、仿真数据和海试数据的分析。(2)波导不变量的理论研究和理论预报。(3)波导不变量的提取技术。主要研究了Hough变换、Radon变换和2D-DFT变换技术。(4)基于波导不变量的垂直阵/水平阵引导声源被动测距技术。主要进行了理论研究、仿真研究和稳健性分析。(5)基于连续谱干涉结构的参数估计方法。主要研究了参数估计算法，然后进行了仿真研究和水池试验验证，最后进行了水池试验数据和海试数据的分析处理。(7)基于波导不变量的水平双阵元被动测距技术。在有/无最近距离两种情况下，进行仿真研究、定位精度分析和算法改进。(8)基于波导不变量的双水平阵被动测距技术。.浅海声场相干结构及其信号处理是当今本领域的研究热点。用波导不变量描述复杂的浅海声场干涉结构是声场理论的突破性进展，相应的信号处理技术无须环境条件的精细信息，因而据此所发展的被动测距、测深技术将是稳健的，所发展的新方法有广泛的应用前景。.基于波导不变量的双水平阵被动测距、测速技术有重要的应用前景，尤其是可应用于拖曳线列阵声呐。海洋信道作为时空滤波器的特征函数研究，将可能提供波导不变量信号处理的新方法。引导声源被动测距技术及双水平阵被动测距技术将有望显著提高声呐的性能。.基于本项目的研究，建立了波导不变量估计仿真系统，进行了被动测距仿真及水池实验，并进行了海试数据处理。本项目SCI检索文章17篇，EI检索文章6篇，在核心期刊上发表文章3篇，在国际会议上发表文章10篇，在国内会议上发表文章1篇。