信号处理方面已掌握了谱分析、相关、匹配滤波器、多波束形成等多种技术。随着电子计算机的迅速发展,水声信号处理有下列方面的进展:①数字技术、自适应控制等成功地用于波束形成,使空间处理进入了一个新的阶段--多波束接收日益完善并能与环境干扰场自适应匹配。由单纯的空间处理走向时空最佳处理。②考虑到水声传输信道的随时间、空间变化的随机特性,造成了在时间和频率上的弥散,致力于解决与信道匹配接收的问题。⑨目标识别取得突破性进展,开始走上实用阶段。④出现了计算机辅助目标检测跟踪和参量估值,并向自动检测方向发展。
2.水声工程
水声工程是指利用声波进行水下探测、定位、导航、识别、通信的工程技术。它是集物理学、电子技术、信息工程、计算机技术、传感器技术等学科为一体的综合性工程学科,在国防建设与国民经济建设中具有广泛的应用[11]。它是以水声学为理论基础的水媒质环境中的应用声学工程,是船舶与海洋工程学科的一个重要分支,主要是为满足海军水下作战和海洋开发的需要而发展起来的一门工程技术[12]。
水声信号、水声目标和水声信道是水声工程研究设计的三大要素,水声工程师的主要使命就是使其研究设计的工程设备在上述三者之间获得最佳匹配,取得最佳效果。水声工程研究离不开海洋环境,离不开水中目标,离不开声波的发生、传输和接收处理[13]。
水声工程所构成的主要设备是声纳,即利用声波作为信息载体对水中目标进行探测、定位、识别、跟踪和实现水下导航、测量和通信的各种设备,此外还包括探鱼、地址勘探和地形地貌测绘等设备。这类设备有两种基本类型:一种是主动式声纳,也称回声声纳,它由发射器发射具有特定波形的声信号,声信号在水媒质中传播,遇到目标产生反射回波,接收器接收回波信号并进行处理,提取目标信息;另一种是被动式声纳,也称噪声声纳,它本身不发射声波,只是接收水中目标所辐射的噪声信号,并通过处理提取目标信息。水声探测设备一般由湿端和干端两部分组成。所谓湿端,是指安置在水下而与水接触的部分,它由水声换能器或由若干水声换能器组成的阵及有关声学构件组成,统称水下声系统,相当于雷达的天线。湿端主要完成能量转换、信号发送或接收功能,并与电子设备一起完成空间滤波的功能。
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