基于抹香鲸嘀嗒声的主动声呐伪装隐蔽探测方法研究

Active sonar is indispensable in defense mission for underwater target detection, recognition and so on. However, because emitting sound wave outward, active sonar system is easier to expose itself than passive sonar, so how to improve active sonar’s covertness performance is very important. Being different from traditional ideas, this project, from the view of bionics, intends to develop a new covertness detection method for active sonar by utilizing click impulses generated by sperm whales, so as to improve the covertness and detection performance. Firstly, according to the time, frequency etc. characteristics of clicks generated by sperm whale, the covertness and feasibility that the click impulses are used to construct the sonar waveform are analyzed. Then, by using original clicks to construct sonar signal wave, utilizing the sound rule of sperm whale to generate emission signal for sound emission platform, and imitating sperm whales’ activity rule to control the motion path, the detection covertness for active sonar is achieved. At the same time, we develop a numerical analysis and optimization method to achieve the construction of sonar signal waveforms, and utilize multiple clicks as training sequences and combine adaptive technique to achieve the estimation of time-varying underwater acoustic channel. Meanwhile, we develop waveform optimization design and echo preprocess method to suppress reverberation, and set up a global match-filtering model and design corresponding match-filtering algorithm to achieve accurate processing of echo signal, thus improve the detection performance of active sonar. Research results can provide nice theoretical basis and technical methods for the practical application of the active sonar detection system that utilizes clicks generated by sperm whales.

主动声呐在水下目标探测、识别等国防任务中不可或缺，但相对被动声呐，主动声呐因向外发射声波而易暴露自己，所以其隐蔽性至关重要。区别于传统思路，本项目从仿生学角度研究基于抹香鲸嘀嗒声的主动声呐隐蔽探测新方法，在保证隐蔽性的同时，提高探测性能。首先，根据嘀嗒声信号时、频等特点，分析利用其构造声呐信号波形的隐蔽性和可行性机理。然后，使用原始的嘀嗒声构造声呐信号波形、利用抹香鲸发声规律产生发射信号，以及模拟鲸群活动规律控制声发射平台的运动轨迹，从而实现主动声呐探测的隐蔽性。同时，提出数值分析优选方法实现声呐信号波形构造；利用嘀嗒声作为训练序列并结合自适应技术实现时变水声信道估计；发展抗混响声呐信号波形优化设计和回波预处理方法，以及建立全局匹配滤波器模型并设计相应匹配滤波算法，实现回波信号精确处理；进而提高主动声呐探测性能。研究成果可为利用鲸类嘀嗒声的主动声呐隐蔽探测系统实用化提供理论基础和技术方法。

主动声呐在水下目标探测、识别等国防任务中不可或缺，但相对被动声呐，主动声呐因向外发射声波而易暴露自己，所以其隐蔽性至关重要。区别于传统思路，本项目从仿生学角度研究基于抹香鲸嘀嗒声的主动声呐隐蔽探测新方法，在保证隐蔽性的同时，提高探测性能。.本项目主要研究内容如下：. 1.抹香鲸嘀嗒声特点及其发声规律运用到主动声呐探测过程的机理. 2.利用抹香鲸嘀嗒声的声发射平台发声建模. 3.基于抹香鲸嘀嗒声的回波信号处理模型、理论及方法. 4.基于抹香鲸群发声规律的声脉冲串隐蔽性提升机制. 本项目研究了基于抹香鲸嘀嗒声的主动声呐隐蔽探测新方法，搭建了基于抹香鲸嘀嗒声的声呐探测系统。本项目详细分析了抹香鲸嘀嗒声时域，频域和时频的特点，并从声音的时域、频域、时频域明确了伪装声呐的隐蔽性机理，从声音的声源级大小、持续时间、时间间隔、指向性等方面分析伪装声呐的可行性机理；在此基础上本项目研究了针对抹香鲸嘀嗒声的声音去噪方法及脉冲提取方法；进一步，本项目分析并统计了声音脉冲的模糊函数特性；基于这些研究，本项目提出了基于抹香鲸嘀嗒声的伪装声呐探测方法及其相关的信号处理算法；建立了利用抹香鲸嘀嗒声进行主动声呐隐蔽探测的基础理论，实现了主动声呐探测高效性和强隐蔽性的结合。. 本项目执行期间共发表论文32篇，其中期刊论文29篇，会议论文3篇；其中SCI收录24篇，EI收录3篇，中文核心期刊4篇；共申请专利13项，其中发明专利申请11项，实用新型申请2项；共获得专利授权11项，其中发明专利授权5项，实用新型授权6项；在各学术会议上发表报告5次，其中特邀报告3次，分组报告2次；获得科研奖励5次；培养博士5人，其中毕业2人，在读3人；硕士7人，其中毕业5人，在读2人。