和阵元域处理相比,波束域处理具有计算量小,分辨信噪比门限低的优点.同时,声矢量传感器拾取了更多的声场信息,联合处理这些信息可以提高声呐的性能.把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理,在Michael Zoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法,并作了计算机仿真研究.仿真的结果表明基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法,而二者的计算量相当.和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比,矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理.

在Wigner-Vill变换的基础上,推导出一种线谱检测新方法———瞬时相关积分算法。文中阐述了瞬时积分法的基本原理,从理论上分析了在目标高速运动条件下该算法对线谱分量和噪声分量的影响,并且分析了该算法的处理增益,进行了仿真分析和湖上试验验证。试验结果表明瞬时积分相关算法能够有效地消除多普勒影响,消除交叉干扰项,可以广泛应用于对线谱信号的检测和估计。

针对单矢量水听器估计信号多维参数问题，提出了一种利用状态空间模型联合估计方位和频率的新方法．利用单矢量水听器接收到的数据，构造一个特殊的状态空间模型，由此可得到包含了信号水平方位角和频率信息的状态过渡矩阵和观测矩阵．方位角的估计值由状态过渡矩阵的特征值获得，频率的估计值由观测矩阵经过一定的数学变换获得，无需搜索过程并且能够实现参数的自动配对，不存在角度兼并的问题．由于状态空间方法对模型误差不敏感，因而具有更好的数值稳定性．仿真结果表明，该方法具有良好的估计性能．

浮标基定位系统利用水声侦察信号对待测目标进行定位时,时延测量精度是系统定位精度的关键因素。在非水声对抗条件下,传统的信号检测手段与分群开窗相结合的方法可以准确测得直达声信号时延并对待测目标精确定位,但在水声对抗情况下,由于对抗器材模拟回波的存在,传统方法的定位精度下降,甚至不能正确定位。针对这种情况,本文提出了一种基于时延匹配及信号多普勒的侦察信号辨识方法。理论分析与仿真结果证明,该方法有效可行。

信号模拟器可以用于声呐系统的日常维护,检测声呐的探测、测距功能是否正常,可以提前发现声呐故障以便于及时维修.详细地介绍了信号模拟器的主控台软件设计中的目标信号样本的产生、高精度时延数值的计算以及超长信号样本数据和时延数据的传送等关键技术问题,以及主控软件的构成.模拟器具有良好的用户界面,控制灵活,具有广泛的实用价值.

为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计。根据应用中出现的问题,对算法进行改进。计算机仿真结果表明,在无需知道信号先验信息条件下,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信号和宽带信号的高分辨方位估计,而且在足够高的信噪比条件下,能够达到渐进无偏估计。湖试数据的处理结果验证了改进算法的有效性。

在传统的长基水声定位技术基础上,设计了一套集水声定位监测、无线电通信和水声遥控功能于一体的无线电遥控水声监测浮标系统,利用合作信标方式和询问应答方式对水下目标的三维运动轨迹进行测量,无线电通信和水声遥控功能相结合能实现对海底潜标的远程控制。系统设计中采用了一系列消除干扰、降低功耗的措施,提高了定位精度,延长了系统的工作时间。经水声拉距试验,到达7.8km处时,应答信号的时延值仍稳定;水声遥控指令在5.5km处时稳定可靠。在无线电拉距试验过程中,相距12km处通信质量良好。解算出的定位轨迹与目标船上的GPS轨迹基本一致,定位精度在5m左右。上述海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。

基于时延测量的水声跟踪定位系统，当信号传播时延大于脉冲重复周期时，就会出现测距模糊。测距模糊是高帧率定位系统不可避免的问题。研究了基于时延测量的合作声信标定位系统中的抗距离模糊问题．提出了一种新的抗距离模糊技术，基于时延测量定位模型和时延差测距模型，推导了相应的软件抗模糊算法。该方法将两种定位模型的优点相结合，实现了无模糊的、高精度的水下定位。最后海试结果验证了算法有效性和可靠性。该算法不仅具有硬件抗模糊无法具有的优点，而且与以往的硬件、软件抗距离模糊算法相比，有更灵活的运用空间。