一种声学炸点测量系统的设计及应用

针对常规兵器试验测试领域全天时地面炸点测试问题,设计并开发了一种由对讲机、数据采集卡构建的声学炸点测试系统;系统采用遥控装置解决测量分站对讲机的发射控制问题,中心站以多对讲机作为信号接收装置,采用同步数据采集卡实时采集回传的声信号;提出并实现了一种基于爆炸能量边沿识别的时延估计技术,用于后期数据处理和炸点坐标计算;试验结果表明该系统可以实现兵器试验爆炸点的声学定位,系统开发周期短、可靠性高、适应性强,具有一定实用性和推广价值。     

基于盲分离技术的多目标识别仿真研究

针对智能引信应用中需要解决的多目标识别问题,提出基于盲分离技术的解决方案,建立了信号盲分离问题的模型,设计了盲源数估计算法以及两种不同的盲分离目标识别算法,并利用在消声室获得的多源目标的声信号对算法性能进行仿真分析.结果表明:基于四阶累积量的盲源数估计算法可以有效判定信源个数;在存在测量时延的情况下,卷积信号盲分离目标识别算法能够实现多目标源的识别.     

多声传感器异步融合算法

声探测定位技术是利用声传感器接收特定声波信号以确定声源的一种无源定位技术,它具有隐蔽性好、不易受干扰等优点.本文研究了仅能提供方位角信息的异步多声传感器无源探测系统数据融合问题,提出了一种适用于声传感器的在线估计可变周期融合算法.该算法首先采用伪线性算法,将非线性量测方程线性化;然后通过采用参数在线估计和基于运动模型向前追溯确保时间同步的方法,解决了目标跟踪时信号传输时延和传感器异步的问题.通过Monte Carlo仿真表明,在参数在线估计中,步长选取适当时,该算法可以满足声探测系统的精度要求,并且具有收敛快、精度高、稳定的特点.     

基于FastICA的高精度多径时延估计算法

在高精度无线定位中,针对现有超分辨率时延估计算法在低信噪比时性能较差的问题,提出了一种基于FastICA的多径时延估计算法。利用噪声子空间对白化矩阵进行修正,并采用参考信号约束初始分离矩阵,算法可快速收敛至所需的首达径分量,最后利用参考信号提取首达径时延。仿真结果表明,在信噪比较低的多径环境中,与已有超分辨时延估计算法相比能够有效提高时延估计精度。     

基于扩展卡尔曼滤波的声传感器跟踪算法

针对声传感器单站单目标跟踪,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的跟踪算法,将声波传输时延的影响转换到运动模型的可变周期上,通过参数在线估计的方法,估计该可变周期,进而解决了有信号时延的跟踪问题。通过把先验已知的速率当作观测值,解决了纯方位角跟踪时系统不完全可测的问题。仿真验证了算法的正确性和有效性。     

被动声传感器网时延概率定位算法

声传感器测量目标发出的声波信号存在纯方位量测、时延较大的特点,通过对多个声传感器组网,可以实现对目标的定位和时延校准处理.提出了一种被动声传感器网时延概率定位的综合处理算法.首先,对多个传感器量测数据进行动态选择,选出测向线交角更接近90°的两个传感器量测数据进行交叉定位,获得目标初始位置;其次,进行时延校准处理,并重新确定测向线交角更接近90°的两个传感器量测数据进行交叉定位.获得新的目标初始位置估计;最后,利用概率定位对新的初始位置进行概率修正,进而获得目标较为准确的位置估计,形成航迹.仿真结果表明,此算法具有计算量小,实时性强,定位精度高的特点.     

基于前向空间线性预测的声源时延估计算法

在带有混响和噪音的复杂环境中,传统广义互相关时延估计算法的抗噪能力弱、时延估计精度低。为解决该问题,基于前向空间线性预测技术,提出一种时延估计算法。结合多传感器提供的冗余信息与空间相关矩阵,改进不利声学环境下的声达时间差估计方法。采用空-时预测法,根据麦克风阵列输出中包含的语音信号源的空间和时间相关性,在抑制多麦克风噪声的同时最小化语音失真。仿真实验结果表明,与传统广义互相关时延估计算法相比,该算法时延估计错误率更低、稳定性更强。     

高精度多径时延估计

提出了一种无线信道多径时延估计模型,将时廷估计问题转换为频谱估计问题,再利用具有高频谱分辨力的多重信号分类(MUSIC)算法和root MUSIC算法实现对信道多径时延的超分辨率估计,分析了基于单次测量数据进行时延估计的可行性.仿真并测试了MUSIC算法和root MUSIC算法应用于单次测量数据的性能.仿真结果表明,...     

变周期RP-EKF时延纯方位角目标跟踪算法

针对声传感器纯方位目标跟踪应用,提出了一种基于静态多模型的距离参数化变周期扩展卡尔曼滤波算法,将时延影响转换为模型的可变周期,并通过参数在线估计的方法,估计该可变周期.距离参数化方法将整个距离空间分成若干个区间,分区间对距离进行估计,进而搜索出目标与观测平台之间的正确距离值.仿真结果表明变周期距离参数化扩展卡尔曼滤波算法能有效解决经典扩展卡尔曼滤波算法在纯方位角目标跟踪时可能出现的滤波发散现象,并能处理声音信号的传输时间延迟问题.     

基于正交复用循环机制的WSN信源精确定位算法

无线传感器网络(WSN)信源精确定位算法无法同步优化时延估计与角度估计,且不能将噪声子空间与信号子空间进行分割。为此,提出改进的WSN信源精确定位算法。采用并发方式构建信号解析机制,完成信号空间在频域域上的并发实时解析分割,将噪声信号子空间及信号子空间分割为独立的矩阵信号,获取信源精确定位的时延估计与角度估计。基于能量谱密度估计,设计正交复用循环机制,对单路信号进行特征值分解,得到定位信号数字特征的精确估计,提升时延估计与角度估计精度,并从该估计集合中筛选出同时具备最低时延估计与最低角度估计的信号子空间,从而完成时延与角度的并发实时估计,提高信源定位过程中的定位精度。仿真结果表明,与DT-IPL算法、CD-CPP算法相比,在高衰落信道条件下,该算法具有更高的信源定位精度,且获取的信源位置与实际位置间的误差更低。     

基于EMD分解重构的互相关时延估计方法

在反狙击手声探测定位系统应用背景下,针对常用相关法时延估计精度不高、相对误差较大等问题,将IMF重构消噪的思想应用于声探测定位系统TDOA(time delay of arrival)的估计中.针对重构过程中IMF分量的选取问题,设计了一种基于皮尔逊(Pearson)相关系数的选取方法,选取IMF分量进行重构消噪并结合互相关的时延估计方法,构成了基于EMD分解重构的互相关时延估计方法.通过对实际采集的声信号进行仿真实验,验证了该方法的有效性.     

改进的周期信号盲抽取算法

周期信号的盲抽取在医学等领域具有重要的研究价值. 对于此类信号的抽取需要利用先验知识对其周期进行较为准确的估计,多数算法对于目标信号周期估计误差十分敏感. 文章针对此问题提出一种改进的周期特征信号盲抽取算法,首先通过先验知识估算最佳时延的存在区间并利用改进的时域相关函数对提取矩阵进行初始估计,再使用负熵作为目标函数并引入自相关函数确保抽取顺序,使用牛顿迭代法进行优化,达到最优结果. 仿真和实际ECG数据测试表明,对比几种现行算法本文提出的算法抽取效果较好,并增强了周期估计误差的鲁棒性.     

基于光幕触发CCD交汇连发弹丸坐标处理方法研究

针对CCD线阵交汇系统中测试弹丸连发坐标时以最大帧频连续拍摄,数据量过大而导致处理时间过长的问题,提出一种基于基于激光光幕触发的多峰值检测和自适应阈值弹丸检测的快速检测连发弹丸坐标方法。采用90°的“一”字线型半导体激光器配合原向反射屏形成光电探测靶面,光电转换模块将弹丸过靶时引起的光通量变化转换成电信号产生过靶信号,处理数据时先使用多峰值检测算法,根据获得的过靶信号波形计算出所有弹丸的过靶时刻和对应图像位置信息,并将该幅图像和临近两幅图像拼接成一幅组合图像作为该发弹丸的过靶图像,再使用基于自适应阈值的弹丸检测算法对其进行弹丸目标检测得到弹丸坐标。当该图像检测出多个像素坐标时,使用像素坐标剔除算法进行处理得到准确坐标。最后进行了4组对照试验,在得到正确连发坐标的前提下分别统计本文方法与传统方法的处理时间。结果表明与处理所有图像的传统方法相比,本文提出的方法在保证连发弹丸坐标正确率的前提下,提高了处理速度。     

基于PSP的AIS混合信号分离与检测联合估计

目前对于用一种算法来联合处理AIS信号分离与检测过程的研究甚少。据此提出基于Per-Survivor-Processing(PSP)的AIS混合信号分离与检测联合估计方法。在混合信号相对时延较大时,首先利用幅度极值点检测,将混合信号分为重叠段和未重叠段。对重叠段信号进行线性近似处理后,使用PSP进行盲分离,对分离后的重叠段信号和未重叠段信号进行PSP检测。检测完成后,根据AIS信号特定的消息格式将原始信号恢复。当相对时延较小时,分段处理和不分段处理的性能差异不大,为降低复杂度则直接联合处理。仿真结果表明,上述方法不但能联合分离与检测的处理过程,而且误码率量级很低。因此该方法具有十分重要的研究意义。     

线阵CCD精度靶图像触发算法设计

针对线阵CCD精度靶测量弹丸坐标时需要额外触发光幕发送触发信号来决定其何时开始采集的问题。在图像采集过程中,设计一种图像触发算法在接收线阵CCD相机的图像数据信号的同时自动检测弹丸并实时发送触发信号。通过研究弹丸图像的特性以及算法在FPGA上的硬件实现方法,利用当前采集到的图像对算法进行了实验验证。实验验证表明,该算法可有效识别弹丸信号,并能排除其它非弹丸信号的干扰。该算法对提高线阵CCD精度靶触发精度,精简线阵CCD精度靶结构具有十分重要的意义。     

超声速弹丸着靶时刻声学测试方法

针对超声速弹丸终点弹道着靶时刻测试问题,研究了声学传感器测试机理,建立了声波延迟触发模型,开发了一套着靶时刻测试系统。采用传感器阵列采集超声速弹丸激波到达不同传感器的时间差,建立了测量超声速弹丸着靶时刻的数学模型,该模型包含了传感器坐标、时间差和弹丸着靶时刻。针对直线形传声器布阵,基于高斯-牛顿法对定位模型进行解算,分析了高斯-牛顿法的迭代公式、收敛性和适定性等。通过计算机仿真分析了误差大小和传感器数目对误差的影响。通过模拟试验数据计算表明,声学测试结果与实际结果一致。该方法应用在某型高炮试验任务中,成功测试了弹丸着靶时刻。     

基于正四棱锥形六元声阵列被动定位的研究

声音无线传感器网络节点利用到达时间差(TDOA)原理进行声音目标定位,提出了一种正四棱锥形六元声音阵列定位模型。推导出了目标空间定位计算公式,应用广义互相关算法对时延进行估计。同时对模型误差进行了分析。最后通过仿真实验,可以对目标进行有效定位,定位误差小。