水声信号处理

摘要： 郝程鹏,中科院声学所研究员,实脸室主任,博士生导师,国防科技卓越青年科学基金获得者。长期从事水声信号处理、统计信号处理基础理论与相关应用研究,研究成果曾获中国科学院杰出科技成就奖、国防科技进步二等奖等奖项。发表学术论文篇150余篇,其中SCI收录60余篇,授权发明专利20余项,出版专著2部。

摘要： 盲源分离算法处理水声信号可实现干扰分离、邻近方位目标信号净化、提高目标信号的信噪比的目的.但盲源分离输出信号次序不确定问题不利于声纳兵的听音识别,论文利用信号的BURG谱特征对盲源分离输出信号进行排序关联,算法有效消除了排序模糊性问题.

摘要： 针对水下目标信息获取与处理的教学需求,学校整合水声信息类部分课程的教学内容,面向本科学员开设了水声信号处理课程.文章首先分析了水声信号处理课程的授课背景、教学目标及教学内容;其次,从理论教学和实作教学两方面出发,详细介绍了该门课程的理论教学设计、实作教学设计和教学策略设计;最后,结合课程教学组织与实施过程,在教学内容优化、教学手段提升等方面提出了该门课程教学改革的具体措施.

摘要： 随着自适应信号处理在理论上的不断发展和实践应用,国内外研究学者从各方面着手,对自适应算法进行系统性研究。在自适应算法中,应用最为广泛的是Widrow等人提出的最小均方(LMS,Least Mean Square)算法,该算法具有成熟的理论基础、结构简单、稳定性好,易于工程实现,在水声信号处理中起着举足轻重的作用。

摘要： 随着水声信号处理技术的快速发展,现代声纳系统的功能日趋强大,数据量也越来越庞大,随之而来的是系统复杂度和数据交互的压力大幅提升,各声纳产品的采集数据五花八门,在传统的数据交互系统中,具有三要素:数据生产方、数据接收方、和数据通信协议,三者紧密耦合,缺一不可,交互协议在各种产品之间没有继承性,使得开发者需要投入大量的精力和成本用于协议的制定和维护。

摘要： 针对拖曳阵声纳接收的远程弱目标在本舰噪声强干扰条件下难以检测的问题,提出一种基于子阵的本舰噪声抑制算法,利用2个重叠子阵,分别估计子阵的波束输出,在子阵域设计加权实现干扰抑制.该算法抑制宽度可通过零陷加权矢量控制,并具有时间复杂度低,运算效率高的优点.计算机仿真和海试数据处理结果表明,算法能有效抑制本舰噪声,提高弱目标的检测性能,提升输出信干比约15 dB.

摘要： 针对拖曳阵声纳接收的远程弱目标在本舰噪声强干扰条件下难以检测的问题,提出一种基于子阵的本舰噪声抑制算法,利用2个重叠子阵,分别估计子阵的波束输出,在子阵域设计加权实现干扰抑制。该算法抑制宽度可通过零陷加权矢量控制,并具有时间复杂度低,运算效率高的优点。计算机仿真和海试数据处理结果表明,算法能有效抑制本舰噪声,提高弱目标的检测性能,提升输出信干比约15 dB。

摘要： 水中目标信号检测与识别一直是水声领域的重点难题,因此对水声信号目标检测与识别现状的研究尤为重要.从理论和实际应用两方面入手,分析近年来在水声信号检测与识别方面的新技术,在实际应用背景下分析目前水声目标检测与识别方面存在的问题与不足,同时结合水声领域的已有研究,分析了水声目标检测与识别领域的发展趋势,对水声信号目标检测和识别的进一步研究有一定的借鉴意义.

摘要： 针对复杂海洋环境中的探测潜艇目标问题,开展复杂海洋环境噪声下的甚低频信号检测研究.采取更加符合实际的列维分布描述复杂海洋低频环境噪声,并基于对数矩法估计实测噪声的分布参数,为后续的系统参数选取提供先验知识;提出随机共振来检测复杂海洋环境噪声下的甚低频信号,分析列维噪声下的2阶随机共振方法;推导列维噪声下随机共振系统匹配参数,建立2阶双稳态匹配随机共振信号检测系统.仿真实验结果表明:2阶匹配随机共振检测器比传统相关检测器的检测性能优越很多;在虚警概率0.01条件下要使得检测概率达到0.9,比相关检测器所需输入信噪比降低10 dB.通过外场湖中试验,验证了该系统对水下移动航行器产生甚低频声信号的有效检测.

摘要： 水声目标探测技术是水声信号处理与声呐领域的重要研究方向,是环境感知、海洋监测、资源勘探、情报收集等海洋应用领域的核心技术之一.文章概述了水声目标探测技术发展现状,并结合实际所面临的科学问题介绍了一些水声目标探测研究方向上的新概念、新方法与新趋势,最后分析和展望了水声目标探测技术发展对国家安全和经济发展的重要作用.

摘要： 目前，已经提出了很多成熟的线性滤波理论，但并不能直接用于混沌系统。混沌系统对初始条件有着高度的敏感依赖性，其特性在保密通信领域有着潜在的应用价值。根据混沌理论，一个滤波器，随着初始脉冲信号幅度的扰动，如果其无限脉冲响应呈现指数分离，则该滤波器可以认为是一个混沌滤波器。混沌滤波器结合了线性滤波器和混沌的特性，已经引起了广泛的关注。本文调查混沌滤波器在水声信号处理中的应用。分析了混沌高通滤波器对水声系统的频率和非线性动力学特性的影响。

摘要： 在水声信号处理领域,舰船辐射噪声的功率谱是由连续的宽带噪声谱和若干离散窄带线谱所组成,为了进行目标识别及获取目标运动参数,窄带信号的频率检测就显得尤为重要.LOFAR图因其包含时间和频率两个维度的信息,因此,可以从时间维和频率维同时进行特征提取.通过对LOFAR数据的时间和频率维处理,可以检测出窄带信号并获取其时频分布.

摘要： 波束形成是被动声纳水声信号处理的稠密计算核心.随着固定阵列中阵元数目的增加,以及探测信号带宽的不断增大,波束形成的计算面临复杂度和计算量双重挑战,迫切需要提高计算效率满足被动阵列水声信号处理的实时性要求.本文分析了宽带最小方差无畸变响应(MVDR)自适应波束形成的算法流程及方位谱计算特点,在此基础上设计实现了结合基元数目和频点数目的宽带MVDR自适应波束形成GPU并行算法,并在CPU和GPU平台上进行了实验对比,验证了算法加速性能.

摘要： 主要阐述了基于ADSP-TS101高速DSP处理器的信号处理平台的硬件构成、机理和软件设计，并对PCI9054的E2PROM设置作了详细说明。

摘要： 长期以来，水声信号处理领域基于语音的分析方法一直被人们所忽略，本文是用语音特征参数来描述舰船辐射噪声的尝试。文中介绍了一种运用基于LP谱基础上的MFCC系数作为特征参数进行水下目标识别的方法。实验表明，基于LP基础上的MFCC系数的识别方法，能显著提高系统的性能，尤其在较低信噪比的情况下，具有较好的识别效果和应用价值。

摘要： 在进行水声信号处理的研究过程中，信道响应特性往往是未知的，随着海洋环境变化或者收发点间相对位置的变化，信道响应特性还是时变的，这就要求接收滤波器具有在未知环境下良好运行和跟踪信道输出信号随时间变化的能力。自适应滤波器能在未知环境下良好运行并跟踪输入统计量随时间的变化，因而成为信号处理领域的强大工具。

摘要： 随着水声信号处理技术的快速方展，需要通过水声换能器获取更多的信息量，因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文采用ANSYS有限元软件对新型宽带弯曲振动换能器进行了分析，设计了一种较小尺寸的宽带弯曲振动换能器，工作带宽7-13kHz，最大起伏为5dB，发送电压响应不低于133dB。

摘要： 本文介绍了一种主动目标回波特征提取方法,该方法首先通过对目标回波进行经验模态分解(EMD),得到回波的多个本征波动模态(IMF).然后估计每个本征模态的概率密度函数,计算各个本征模态的概率密度函数与输入回波信号的概率密度函数的相似度,通过相似度测量结果提取出信号的主模态.将提取出来的主模态转化成能量特征向量,由能量特征向量计算出重建信号的能量熵,实现对目标的分类识别.通过仿真实验和对实测数据进行处理,验证了利用EMD滤波提取本征模态能量熵可以进行有效的目标分类识别.

摘要： 本文介绍了一种主动目标回波特征提取方法,该方法首先通过对目标回波进行经验模态分解(EMD),得到回波的多个本征波动模态(IMF).然后估计每个本征模态的概率密度函数,计算各个本征模态的概率密度函数与输入回波信号的概率密度函数的相似度,通过相似度测量结果提取出信号的主模态.将提取出来的主模态转化成能量特征向量,由能量特征向量计算出重建信号的能量熵,实现对目标的分类识别.通过仿真实验和对实测数据进行处理,验证了利用EMD滤波提取本征模态能量熵可以进行有效的目标分类识别.

摘要： 本文介绍了一种主动目标回波特征提取方法,该方法首先通过对目标回波进行经验模态分解(EMD),得到回波的多个本征波动模态(IMF).然后估计每个本征模态的概率密度函数,计算各个本征模态的概率密度函数与输入回波信号的概率密度函数的相似度,通过相似度测量结果提取出信号的主模态.将提取出来的主模态转化成能量特征向量,由能量特征向量计算出重建信号的能量熵,实现对目标的分类识别.通过仿真实验和对实测数据进行处理,验证了利用EMD滤波提取本征模态能量熵可以进行有效的目标分类识别.

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： 本发明公开了一种超声信号处理方法，包括以下步骤：获取各个阵元通道接收到的射频信号，以及至少两组预存的变迹权重值；基于至少两组所述预存的变迹权重值及所述射频信号生成至少两个超声图像信号；获取每一所述超声图像信号对应的置信度估计结果，以及每一所述超声图像信号相对于其它超声图像信号的相关性估计结果，其中，所述其它超声图像信号为所述至少两个超声图像信号中，除自身之外的其它超声图像信号；基于所述置信度估计结果、所述相关性估计结果以及所述超声图像信号合成目标超声图像信号。本发明还公开了一种超声信号处理设备及计算机可读存储介质，达成了提升超声图像的分辨率的效果。

摘要： 一种音频和超声信号处理电路(412)，包括：音频输入端子(414)，用于接收包括音频输入信号的输入信号；幅度检测器(430)，配置为确定输入信号的幅度并提供幅度电平信号(432)；增益计算器(434)，配置为根据幅度电平信号(432)和目标幅度信号(418)来确定超声放大因子(436)；可变超声放大器(438)，配置为接收超声输入信号并根据超声放大因子(436)来调制超声输入信号的幅度，以提供放大的超声信号；以及输出端子(416)，用于提供增强输出信号，所述增强输出信号包括与音频输入信号相对应的频率分量以及与放大的超声信号相对应的频率分量。

摘要： 本发明提供一种光声信号处理装置和光声信号处理系统，利用光声图像掌握插入到受检体的插入物的位置时，可以以能够判别光声图像上描绘的插入物是否存在于探头的正下方向的方式显示。峰值确定机构(31)在峰值检索模式时，根据基于用多个姿势检测出的光声波的检测信号的多个光声图像，从这些多个光声图像中，确定检测出的光声波的检测信号最强的光声图像。姿势判断机构(32)在普通模式时，判断检测光声图像的生成源的光声波时的探头(11)的姿势是否与检测通过峰值确定机构确定的光声图像的生成源的光声波时的探头(11)的姿势一致。显示控制机构(27)在显示画面上显示光声图像，且在通过姿势判断机构(32)判断为一致时，将其意思显示于显示画面上。

摘要： 本发明实现了以下配置：应用与由用户识别所识别的用户相对应的头部相关传递函数(HRTF)执行声音定位处理；并针对每个用户位置从输出单元进行输出。该配置包括执行用户识别和用户位置识别处理的用户识别单元；和使用特定于用户的头部相关传递函数(HRTF)作为处理参数执行声音定位处理的声像定位处理单元。声像定位处理单元执行将特定于所识别用户的HRTF作为处理参数的声音定位处理，并将通过声音定位处理获得的信号输出到用于所识别用户位置的输出单元。在用户识别单元识别多个用户的情况下，声像定位处理单元使用多个用户中的每个用户的HRTF并行地执行声音定位处理，并将经处理的信号输出到用于每个用户位置的输出单元。

摘要： 本发明提供一种利用光声图像掌握插入到受检体的插入物的位置时，可以以能够判别光声图像上描绘的插入物是否存在于探头的正下方向的方式显示的光声信号处理装置、光声信号处理系统及光声信号处理。峰值确定机构(31)在峰值检索模式时，根据基于用多个姿势检测出的光声波的检测信号的多个光声图像，从这些多个光声图像中，确定检测出的光声波的检测信号最强的光声图像。姿势判断机构(32)在普通模式时，判断检测光声图像的生成源的光声波时的探头(11)的姿势是否与检测通过峰值确定机构确定的光声图像的生成源的光声波时的探头(11)的姿势一致。显示控制机构(27)在显示画面上显示光声图像，且在通过姿势判断机构(32)判断为一致时，将其意思显示于显示画面上。

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。

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： 本发明公开了一种超声信号处理方法，包括以下步骤：获取各个阵元通道接收到的射频信号，以及至少两组预存的变迹权重值；基于至少两组所述预存的变迹权重值及所述射频信号生成至少两个超声图像信号；获取每一所述超声图像信号对应的置信度估计结果，以及每一所述超声图像信号相对于其它超声图像信号的相关性估计结果，其中，所述其它超声图像信号为所述至少两个超声图像信号中，除自身之外的其它超声图像信号；基于所述置信度估计结果、所述相关性估计结果以及所述超声图像信号合成目标超声图像信号。本发明还公开了一种超声信号处理设备及计算机可读存储介质，达成了提升超声图像的分辨率的效果。

摘要： 本实用新型为一种用于水声信号处理的AI计算板卡，包括主板本体，设置在所述主板本体上的处理模块、AI计算模块、通讯模块、接口模块，所述处理模块为CPU芯片，所述AI计算模块为AI芯片，所述通讯模块为相连的网卡芯片和光模块，所述接口模块为桥片芯片，所述AI芯片、网卡芯片、桥片芯片分别与所述CPU芯片相连，所述光模块连接外部用于数据交互，所述桥片芯片引出通用接口用于AI计算板卡对外通信；本实用新型解决水声信号处理系统功耗较高，国产化率较低的问题。