潜标姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响

潜标系统作为一种矢量水听器水下工作安装平台,不可避免的姿态变化会引起矢量水听器各通道接收兴趣信号的起伏变化,致使目标方位估计结果偏离真实目标方向。理论推导分析了潜标体姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响,定量分析了矢量水听器目标方位估计与姿态变化周期(频率)的关系,并进一步讨论了与幅度及积分时间等的关系,如姿态幅度为40°时要方位估计误差小于5°,则积分时间至少要大于24s。研究结果对矢量水听器目标方位估计时的积分时间选取具有重要指导意义。     

单矢量水听器目标方位估计

矢量水听器由于其不但能获取声场中的声压信息,还能获取质点振速这一矢量信息,所以给其信号处理带来了更大的空间.单个的矢量水听器由于其具有这一特征,就能对声场中的目标进行方位估计,而且由于振速为矢量具有方向性,故不会出现左右弦的模糊问题,在工程应用上也由于其小的尺寸而受到重视,本文针对单个的压差式矢量水听器,利用其声压和振速的相关性;对单个的目标进行方位估计仿真,并用水池试验数据进行了验证.     

基于M序列调相信号的矢量水听器方位估计

利用矢量水听器接收确知脉冲信号来确定声源方位时,脉冲信号形式可以考虑采用M序列调相信号,具有良好的抗多途效应,本文提出了各向同性噪声场下利用矢量水听器接收确知脉冲信号进行方位估计的最大似然方位估计.矢量水听器的水池试验结果证明在多途效应比较严重的情况下,采用M序列调相信号利用以上方法进行方位估计仍可取得较高了测向的精度.     

相干分布源的方位估计

在水下声纳工作的环境中,若目标体沿中心角方向的扩展角度不能忽略,则基于点源假设的众多高分辨方位估计算法会导致错误的估计结果,而基于分布式目标模型的方位估计算法则可以适应这种目标环境。目前,随着空间分布源受到越来越多的关注,有人相继提出了一些算法例如DSPE和ESPRIT等等,但是这些算法需要很高的输入信噪比和要求不同目标源之间不相干,为了解决相干源的方位估计问题以及提高算法低信噪比下的估计性能,给出一种处理方法。仿真实验证明,该方法能够在低信噪比下提高算法的估计性能及有效的区分相干源。     

ESPRIT方法在矢量水听器多目标方位估计中的应用

利用矢量水听器的特点，将ESPRIT方法应用于矢量水听器的方位估计算法中。该算法用单矢量水听器，在无需知道信号先验信息的条件下，可以实现对多个不相关单色信号的入射角估计，并且不受频率方位模糊问题的影响。与声压传感器组成的阵列相比，在相当的阵列尺寸和计算复杂度的条件下，可大大提高估计性能。     

单矢量传感器DEMON谱检测技术研究

水声目标辐射噪声的包络谱中包含调制线谱(DEMON),不同类型的水声目标其DEMON谱不同,研究单矢量传感器利用DEMON谱检测目标信号的能力。采用文中定义的解析声强流方法,将单矢量传感器拾取的同一点的多信号源的振速矢量叠加统一描述在解析声强流的相位中,目标方位可以通过计算解析声强流的相位得到。仿真计算结果表明,这一方法对不同基频调制的宽带信号的检测能力可达-20dB,方位分辨能力在信噪比为-15dB时约为10°。对湖试数据的处理结果已证明本方法的可行性。     

单矢量水听器方位频率联合估计新方法

旋转不变子空间法和多重信号分类法需假设背景噪声为独立的高斯白噪声或自相关矩阵已知,当条件不满足时算法的性能急剧下降。针对这一问题,根据矢量水听器多通道输出的特点,提出了一种基于平行因子模型的单矢量水听器方位频率联合估计方法。首先利用矢量水听器各个通道t时刻和t+1时刻的输出数据,计算声压和各振速不同组合时的四阶累积量,并构建三阶平行因子模型;然后分析了 PARAFAC 模型低秩分解的唯一性条件并利用三线性交替最小二乘算法得到了单矢量水听器阵列流形和相位延迟估计,进而得到目标的方位和频率估计。与旋转不变子空间法和多重信号分类法相比,该方法不需要子空间估计和谱峰搜索,在高斯噪声和拉普拉斯噪声背景下对多目标的分辨能力好于ESPRIT算法。仿真和实测数据的分析结果证明了算法的有效性。     

ESPRIT扩展孔径技术在矢量水听器线阵中的应用

ESPRIT算法是一种用信号旋转不变性来估计信号参数的方法,属于子空间分解技术。应用于矢量阵扩展孔径的方位估计时,则需要一定的算法去除其本征模糊。文中提出了一种适用于矢量水听器线阵的ESPRIT去模糊算法——MUSIC,并与另一种粗略估计去模糊的方法在性能上作出比较。仿真的结果证明:使用MUSIC方法不仅可以去除ESPRIT算法中的本征模糊,还可以克服线阵中的左右舷模糊问题,就不必进行归一化、不需要考虑声压传感器的存在。不论是单目标方位估计还是双目标分辨都具有更大的方位角估计适用范围和更强的稳定性。     

DIFAR浮标反正切目标方位估计方法

DIFAR浮标是一种被动定向声纳浮标,广泛应用于目标的初始定位。它由一个全向水听器和一对正交偶极子组成。正交偶极子提供的指向性信息使其可以对目标进行方位估计。介绍了DIFAR浮标利用反正切方法对目标进行方位估计的方法。采用自适应线谱增强技术提高DIFAR浮标信号的信噪比。用反正切法估计目标的方位。给出了用LOFAR谱图和B-Scan图显示DIFAR浮标数据的方法。并给出了方位估计误差的解析表达。仿真结果表明,在相同信噪比下利用该方法得到的角度的方差小,满足DIFAR浮标的要求,提高了浮标的定位精度。     

基于预方位处理的双基阵方位-线谱测距方法

通过研究运动目标与观测平台保持匀速直线运动时目标方位随时间的变化规律,得出二者近似满足二次曲线的关系,以此为基础提出了一种基于二次曲线模型的目标观测方位序列的滤波预处理方法,然后将经过滤波预处理后的目标方位序列连同目标的某一特征线谱信息用于双基阵声纳被动测距。计算机仿真计算结果表明,目标方位序列经滤波预处理后的双基阵方位-线谱测距方法较预处理前能够更加精确地估计目标的距离。