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水声学研究现状与发展趋势 被引量:3
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作者 杨益新 周建波 +8 位作者 李明杨 侯翔昊 杨龙 谢磊 王璐 沈贺 刘雄厚 雷波 杜朝辉 《声学技术》 北大核心 2025年第3期309-332,共24页
水声学在维护国家海洋安全、促进海洋资源勘探开发等领域具有重要作用。文章首先回顾了国内外水声学的发展历程,接着对水声学的若干方向进行了综述,主要包括水声装备、水下声传播、海洋环境噪声、水下目标探测、水下目标识别、水下目标... 水声学在维护国家海洋安全、促进海洋资源勘探开发等领域具有重要作用。文章首先回顾了国内外水声学的发展历程,接着对水声学的若干方向进行了综述,主要包括水声装备、水下声传播、海洋环境噪声、水下目标探测、水下目标识别、水下目标方位估计、水下目标被动跟踪、基于物理场特征的水下目标被动定位、分布式融合水下目标定位以及主动定位技术。最后结合实际应用场景中面临的诸多挑战,探讨了水声装备及部分关键水声技术的发展趋势,以期为我国水声学基础理论与应用拓展研究提供参考。 展开更多
关键词 水声学 水声装备 水声技术 发展趋势
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基于凸优化方法的MIMO成像声纳的失配滤波处理 被引量:1
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作者 刘雄厚 孙超 +2 位作者 卓颉 邵炫 谢磊 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期367-372,共6页
提出了利用失配滤波处理来设计多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output:MIMO)成像声纳的接收滤波器,并采用cvx工具箱来求解滤波器的系数。与匹配滤波处理相比,在牺牲一定高斯白噪声增益的前提下,失配滤波处理成功抑制了相关输出... 提出了利用失配滤波处理来设计多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output:MIMO)成像声纳的接收滤波器,并采用cvx工具箱来求解滤波器的系数。与匹配滤波处理相比,在牺牲一定高斯白噪声增益的前提下,失配滤波处理成功抑制了相关输出的旁瓣级。仿真结果表明,所提出的失配滤波处理方法可以有效抑制MIMO声纳成像结果中的距离旁瓣干扰。 展开更多
关键词 水下声成像 MIMO声纳 波形分集 接收滤波器设计 失配滤波器 凸优化
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阈值改进整数小波与LZW算法相结合的水声数据压缩方法 被引量:3
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作者 卓颉 张怡 +1 位作者 刘雄厚 宗伟 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第2期115-120,共6页
提出一种阈值改进整数小波与基于字典编码的LZW(Lempel-Ziv-Welch)算法相结合的数据压缩方法,该方法旨在减少水声数据传输量的同时尽可能地达到高保真。数据压缩过程中,先对水声数据进行整数小波变换,再对变换后的高频系数采用改进的小... 提出一种阈值改进整数小波与基于字典编码的LZW(Lempel-Ziv-Welch)算法相结合的数据压缩方法,该方法旨在减少水声数据传输量的同时尽可能地达到高保真。数据压缩过程中,先对水声数据进行整数小波变换,再对变换后的高频系数采用改进的小波阈值算法和阈值函数进行处理,提高了数据压缩倍数和信噪比,降低了误差。最后通过LZW将处理后的系数进行编码输出,进一步提升压缩效果。文中给出了相应的数据压缩算法流程。实际舰船辐射噪声数据的压缩处理结果表明,该方法能有效提高信号信噪比、减少信号失真并能获得更大的压缩倍数。 展开更多
关键词 信号压缩 整数小波变换 LZW算法 阈值 阈值函数
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超指向性小孔径圆柱阵舰艇辐射噪声源分辨与测量方法 被引量:2
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作者 向龙凤 孙超 +2 位作者 杨益新 刘雄厚 李明杨 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期761-768,共8页
解决了舰船辐射噪声测量过程中采用大孔径基阵易受到水声信道影响及布放实施困难的问题。在该方法的研究过程中,提出了一种利用超指向性小孔径圆柱阵对舰船辐射噪声源进行分辨与噪声级测量的方法。该方法利用超指向性小孔径圆柱阵主瓣... 解决了舰船辐射噪声测量过程中采用大孔径基阵易受到水声信道影响及布放实施困难的问题。在该方法的研究过程中,提出了一种利用超指向性小孔径圆柱阵对舰船辐射噪声源进行分辨与噪声级测量的方法。该方法利用超指向性小孔径圆柱阵主瓣宽度较窄、增益较高的特点,可同时实现对舰船多个辐射噪声源的分辨与噪声级测量。首先建立了具有超指向性的圆柱阵波束形成理论模型;其次,推导了基于超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声测量的理论公式;最后,通过计算机仿真实验分析了超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声源分辨能力及噪声级测量性能。仿真结果表明:当阵元间距与波长之比小于0.5时,超指向性波束形成的指向性指数远大于常规波束形成,能有效分辨舰船低频辐射噪声源;该方法能有效地测量舰船低频辐射噪声级,并且测量误差较小。 展开更多
关键词 噪声源分辨 超指向性 圆柱阵 辐射噪声测量
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MIMO声纳:概念与技术特点探讨 被引量:12
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作者 孙超 刘雄厚 《声学技术》 CSCD 2012年第2期117-124,共8页
对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)声纳的概念和技术特点进行了分析。根据所采用的分集技术的不同,将MIMO声纳分为密集式MIMO声纳(采用波形分集)和分布式MIMO声纳(采用空间分集)。对密集式MIMO声纳的优点如自由度的... 对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)声纳的概念和技术特点进行了分析。根据所采用的分集技术的不同,将MIMO声纳分为密集式MIMO声纳(采用波形分集)和分布式MIMO声纳(采用空间分集)。对密集式MIMO声纳的优点如自由度的增加、灵活的发射信号设计、自适应技术的直接使用和虚拟阵列等进行了介绍,并指出其发射阵增益损失对探测距离的限制。将分布式MIMO声纳分为发射/接收全分集的MIMO声纳和仅发射分集的MIMO声纳进行介绍,并认为这两种声纳可以并入多基地声纳的范畴。 展开更多
关键词 多输入多输出(MIMO)声纳 密集式MIMO声纳 分布式MIMO声纳
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线阵声诱饵对抗智能鱼雷尺度识别效果分析 被引量:4
6
作者 徐海珠 袁延艺 +1 位作者 刘雄厚 余赟 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第5期135-138,共4页
针对智能鱼雷常用的目标尺度识别方法,建立了线阵声诱饵模型。采用边发边收和多点协同应答的方法,模拟尺度目标高频回波。采用方位走向法和视在张角法对该模型进行尺度识别分析,仿真结果证明线阵声诱饵具有尺度目标的方位延展特性,可有... 针对智能鱼雷常用的目标尺度识别方法,建立了线阵声诱饵模型。采用边发边收和多点协同应答的方法,模拟尺度目标高频回波。采用方位走向法和视在张角法对该模型进行尺度识别分析,仿真结果证明线阵声诱饵具有尺度目标的方位延展特性,可有效对抗智能鱼雷的尺度识别。 展开更多
关键词 线阵声诱饵 尺度识别 方位走向 视在张角
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密集式MIMO声呐高分辨成像实验研究
7
作者 王梦圆 卓颉 +2 位作者 刘雄厚 樊宽 陈哲 《声学技术》 CSCD 北大核心 2016年第5期414-420,共7页
为验证密集式多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)声呐高分辨成像算法的有效性,进行了水池实验并获得了期望的高分辨成像结果。首先,将成像算法分为角度维高分辨成像和距离维高分辨成像两种,分别建立了各自的成像处理流程。角... 为验证密集式多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)声呐高分辨成像算法的有效性,进行了水池实验并获得了期望的高分辨成像结果。首先,将成像算法分为角度维高分辨成像和距离维高分辨成像两种,分别建立了各自的成像处理流程。角度维高分辨成像基于虚拟阵列波束形成算法,距离维高分辨成像基于大带宽信号合成算法。然后,根据两种处理流程选择合适的发射信号和阵型,并据此搭建密集式MIMO声呐高分辨成像平台进行水池实验。最后,通过与传统单输入多输出(Single-Input Multi-Output,SIMO)声呐的成像结果进行对比,证明了MIMO声呐可结合发射信号、阵型和相应的处理流程获得更高的角度分辨率和距离分辨率。 展开更多
关键词 多输入多输出声呐 高分辨 声呐成像 水池实验
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基于频率着色的被动声呐宽带能量检测方法 被引量:4
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作者 王聪 刘雄厚 +2 位作者 孙超 杨益新 卓颉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期456-462,共7页
为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到... 为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到彩色波束输出矩阵,利用色光三原色加色法原理对彩色波束输出矩阵进行混色,获得宽带彩色输出,最终按时间并列输出得到彩色的方位时间历程图(BTR)。所提方法既保留了积分处理带来的处理增益,同时利用宽带目标信号的频率特征差异,利用颜色突出目标与干扰、目标与背景之间的差异,提高显示性能。数值仿真和实测数据结果表明:所提方法可以获得优于CED的多目标分辨和弱目标检测的能力。 展开更多
关键词 被动声呐 彩色显色 方位时间历程 加色法原理 宽带能量检测 频率映射 频域聚焦 三原色
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基于多途信道的舰船辐射噪声功率谱密度估计 被引量:4
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作者 蒋国庆 孙超 +2 位作者 刘雄厚 李明杨 蒋光禹 《应用声学》 CSCD 北大核心 2020年第1期81-88,共8页
针对低信噪比下利用单水听器估计辐射噪声功率谱密度精度较差的问题,提出一种基于多途信道传输函数估计的垂直阵测量估计1 m处舰船辐射噪声功率谱密度的方法。该方法将信道传输函数表示为多途路径近场阵列流形向量的叠加,较快地估计了... 针对低信噪比下利用单水听器估计辐射噪声功率谱密度精度较差的问题,提出一种基于多途信道传输函数估计的垂直阵测量估计1 m处舰船辐射噪声功率谱密度的方法。该方法将信道传输函数表示为多途路径近场阵列流形向量的叠加,较快地估计了信道传输函数,将其用于舰船辐射噪声功率谱密度估计,可较简便地估计距声中心1 m处辐射噪声的功率谱密度,即谱源级。分析了产生功率谱密度估计误差的原因,包括信道估计误差和环境噪声引起的误差,为降低估计误差提供了理论依据。仿真结果表明,该方法估计1 m处辐射噪声功率谱密度的性能良好。 展开更多
关键词 舰船辐射噪声 功率谱密度估计 多途信道估计 垂直阵
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基于稀疏阵列技术的MIMO声呐低运算量二维成像 被引量:1
10
作者 潘浩 孙超 +1 位作者 卓颉 刘雄厚 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期586-592,共7页
为了降低多输入多输出(multiple-lnput multiple-output,MIMO)声呐二维成像系统的运算量,提出了稀疏阵列和MIMO声呐相结合的低运算量二维成像方法。在MIMO声呐的虚拟接收阵列为矩形平面阵的前提下,使用模拟退火算法(simulated annealing... 为了降低多输入多输出(multiple-lnput multiple-output,MIMO)声呐二维成像系统的运算量,提出了稀疏阵列和MIMO声呐相结合的低运算量二维成像方法。在MIMO声呐的虚拟接收阵列为矩形平面阵的前提下,使用模拟退火算法(simulated annealing,SA)对该虚拟矩形平面阵的阵元位置和加权系数同时优化,在保持期望波束性能的前提下大量减少其虚拟阵元数目;根据虚拟接收阵元与匹配滤波器一一对应的关系,移除掉与关闭虚拟阵元所对应的匹配滤波器;对保留匹配滤波器的输出信号进行波束形成等处理,获得目标的二维强度图。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 水下声成像 MIMO声呐 稀疏阵列 模拟退火算法 虚拟阵列 匹配滤波
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基于相关干扰抑制的MIMO声呐波形设计 被引量:2
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作者 伟烨 杨益新 刘雄厚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1510-1518,共9页
为了解决在多输入多输出声呐系统中,发射信号无法实现理想的正交问题,要求发射波形之间有尽可能低的互相关峰值电平和自相关旁瓣峰值电平。分析表明:传统的正交频分复用线性调频信号(OFDM-LFM)波形存在较高的ASPL。针对这个问题,采用信... 为了解决在多输入多输出声呐系统中,发射信号无法实现理想的正交问题,要求发射波形之间有尽可能低的互相关峰值电平和自相关旁瓣峰值电平。分析表明:传统的正交频分复用线性调频信号(OFDM-LFM)波形存在较高的ASPL。针对这个问题,采用信号分段设计的思想,提出2种新的波形结构设计方案,分别采用优化子脉冲调频带宽和调频时宽的设计方法,对每个发射阵元的LFM信号结构进行优化设计,在保证波形容易产生的基础上,增加发射信号自由度,仿真结果表明:与传统正交频分复用线性调频信号波形相比,2种方法所设计的波形具有更低的自相关旁瓣峰值电平和互相关峰值电平。 展开更多
关键词 多输入多输出声呐 正交频分复用线性调频 自相关旁瓣峰值电平 互相关峰值电平 分段波形设计 调频带宽 调频时宽 自由度
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基于RPCA的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法 被引量:2
12
作者 蒋国庆 孙超 +1 位作者 刘雄厚 蒋光禹 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1493-1499,共7页
测量辐射噪声时,小孔径垂直阵由于阵增益小,低信噪比时辐射噪声测量的性能较差。针对这一问题,本文提出一种低信噪比下基于稳健主成分分析的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法。当阵元接收的环境噪声以非相关噪声为主时,本方法通过稳健主成... 测量辐射噪声时,小孔径垂直阵由于阵增益小,低信噪比时辐射噪声测量的性能较差。针对这一问题,本文提出一种低信噪比下基于稳健主成分分析的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法。当阵元接收的环境噪声以非相关噪声为主时,本方法通过稳健主成分分析将数据协方差矩阵分解成低秩的信号协方差矩阵和稀疏的噪声协方差矩阵,再通过信号协方差矩阵计算辐射信号的声源级,降低了环境噪声的影响。数值仿真结果表明:当快拍数足够大时,稳健主成分分析方法可以完全消除非相关噪声分量,而即使快拍数较少,使用稳健主成分分析方法也能消除部分环境噪声,因此使用稳健主成分分析的辐射噪声测量方法比直接进行测量性能更好。 展开更多
关键词 舰船辐射噪声 噪声级测量 稳健主成分分析 低信噪比 噪声消除 小孔径阵 垂直阵
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联合匹配滤波MIMO声呐发射分集平滑DOA估计方法 被引量:2
13
作者 樊宽 孙超 +1 位作者 刘雄厚 蒋光禹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期6-13,共8页
MIMO声呐发射分集平滑(transmission diversity smoothing,TDS)法(简称为MIMO-TDS)是一类重要的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)声呐DOA估计方法。该方法利用发射正交波形来获得发射分集平滑特性,保证了MVDR等自适... MIMO声呐发射分集平滑(transmission diversity smoothing,TDS)法(简称为MIMO-TDS)是一类重要的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)声呐DOA估计方法。该方法利用发射正交波形来获得发射分集平滑特性,保证了MVDR等自适应高分辨算法的直接应用,但也因此牺牲了发射端的阵增益,在对较远距离的目标进行探测定位时,该方法常会面临回波信噪比不足、性能损失严重等问题。针对该缺点,借鉴了MIMO声呐虚拟阵列(virtual array,VA)法(简称为MIMO-VA)中的匹配滤波思想,提出同时利用所有发射信号对回波进行联合匹配滤波处理的方式提高信噪比,该联合匹配滤波器的单位脉冲响应函数由所有正交发射信号经线性叠加构成。研究表明,所提出的匹配滤波器不仅能够提高接收信噪比,改善MIMO-TDS在低信噪比条件下的性能,还保留了MIMO声呐的发射分集平滑特性。与MIMO-VA相比,所提方法大幅减少了所需匹配滤波通道数量,具有较低的运算量;且存在发射阵列流形误差、发射信号同步误差时,具有更优的稳健性。利用计算机仿真对所提方法的有效性进行了验证。 展开更多
关键词 MIMO声呐 目标方位估计 匹配滤波 发射分集平滑
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利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量
14
作者 姚远 孙超 +1 位作者 刘雄厚 李明杨 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期612-620,共9页
针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在... 针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在的正比关系包含波导不变量这一事实,构造线谱声强干涉起伏相关系数以实现波导不变量估计。讨论在声源相对水听器径向和非径向2种运动模型下,将原始采样时刻代换为新的采样时刻,得到重采样后的线谱声强干涉起伏;利用相关系数表示重采样后的参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换后的线谱声强干涉起伏之间的相似程度,得到不同波导不变量搜索值下的相关系数,其峰值对应的搜索结果就是波导不变量真值。仿真实验和实测数据处理结果表明,所提方法能有效实现波导不变量估计。 展开更多
关键词 线谱声强 干涉起伏 相关系数 波导不变量
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基于频率着色的稀疏贝叶斯宽带波达角估计方法
15
作者 吴姚振 张亚豪 +2 位作者 杨益新 杨龙 刘雄厚 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期107-112,共6页
为了提升稀疏贝叶斯(Sparse Bayesian Learning,SBL)算法在干扰环境下对目标信号的检测能力,提出将频率着色技术(Frequency Coloring,FC)推广至SBL算法中。在SBL-FC算法中,首先将阵列接收信号通过傅里叶变换转换至各个子带,在各子带内利... 为了提升稀疏贝叶斯(Sparse Bayesian Learning,SBL)算法在干扰环境下对目标信号的检测能力,提出将频率着色技术(Frequency Coloring,FC)推广至SBL算法中。在SBL-FC算法中,首先将阵列接收信号通过傅里叶变换转换至各个子带,在各子带内利用SBL算法进行波达角估计,输出功率谱。不同于常规的SBL算法仅将各子带的功率谱进行简单地叠加,算法考虑干扰和目标频谱结构的差异性,对各子带进行不同的着色,使得干扰和目标轨迹在方位时间历程图上对应于不同的颜色,从而使得目标轨迹更易被提取。数值仿真和实验数据分析表明,利用目标和干扰频谱结构的差异性可有效提升SBL算法在干扰环境下对目标信号的检测能力。 展开更多
关键词 波达角估计 干扰环境 稀疏贝叶斯 频率着色
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对抗航空反潜鱼雷关键技术研究 被引量:2
16
作者 徐海珠 袁延艺 +1 位作者 余赟 刘雄厚 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第2期131-134,共4页
为提高空潜对抗中潜艇的生存能力,从航空反潜作战流程和反潜鱼雷攻潜特点入手,分析了潜艇对抗反潜鱼雷所需的能力。从潜艇对反潜飞机的探测和攻击,潜艇对鱼雷的快速报警、对抗器材的快速发射、对抗器材的尺度模拟、对抗器材的软硬综合... 为提高空潜对抗中潜艇的生存能力,从航空反潜作战流程和反潜鱼雷攻潜特点入手,分析了潜艇对抗反潜鱼雷所需的能力。从潜艇对反潜飞机的探测和攻击,潜艇对鱼雷的快速报警、对抗器材的快速发射、对抗器材的尺度模拟、对抗器材的软硬综合对抗等方面,探讨了潜艇对抗航空反潜鱼雷的关键技术实现途径,对提高我潜艇防御能力具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 关键技术 航空反潜鱼雷 反潜飞机 尺度模拟
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高频噪声干扰器对抗声自导鱼雷效果分析 被引量:1
17
作者 徐海珠 袁延艺 +1 位作者 余赟 刘雄厚 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第3期433-437,共5页
为提高潜艇对抗声自导鱼雷时机动方案的合理性,在高频噪声干扰器对抗声自导鱼雷原理分析的基础上,探讨了基于方位和能量的干扰效果分析方法。仿真分析了典型态势下噪声干扰器对主被动声自导鱼雷的干扰区域,给出了干扰扇面和自导距离缩... 为提高潜艇对抗声自导鱼雷时机动方案的合理性,在高频噪声干扰器对抗声自导鱼雷原理分析的基础上,探讨了基于方位和能量的干扰效果分析方法。仿真分析了典型态势下噪声干扰器对主被动声自导鱼雷的干扰区域,给出了干扰扇面和自导距离缩减率随雷目距离的变化规律。结果表明,干扰噪声谱级比潜艇辐射噪声高出一定值(如15 d B)时,对被动声自导鱼雷具有较好的干扰效果,将宽带噪声功率集中到窄带中进行频率瞄准干扰,可大幅提高对抗主动声自导鱼雷的效果。该文的研究方法可为潜艇规避声自导鱼雷的机动方案提供依据。 展开更多
关键词 噪声干扰器 声自导鱼雷 干扰区域 自导距离缩减率
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