一种二分迭代实时声线修正算法

为提高对水下目标的定位精度,提出并实现了一种二分迭代实时声线修正算法。首先通过二分迭代法快速搜索出水下声源所发出的定位声信号传播声线的初始掠射角,然后以该初始掠射角对应的唯一声线为基础,根据斯涅耳(Snell)声线折射定理计算得到声源与水下接收阵元的距离值,最终利用与声线相符的三路测距值进行交汇解算,完成实时声线修正定位。湖上试验结果表明,该算法简单易行、运算速度快,能够满足实时修正处理的要求,在复杂水文条件下提高了水声定位系统的定位精度。该算法具有良好的工程实用性和通用性,可推广应用于同类水声跟踪定位系统。     

负梯度声速下特征声线与传播时间快速求解方法

求解特征声线最直接的方法是采用"扫描-插值-迭代"的声线跟踪法,过程较复杂,计算速度较慢。将负梯度声速环境下特征声线的起始掠射角表示为声速、海水深度、声源与接收点相对位置的方程,通过采用量子粒子群算法求解方程直接获得掠射角,进而确定特征声线和传播时间。与声线跟踪法相比,所提出的方法由于不存在数值累计误差和角度插值误差,因此精度更高,另外速度也更快,适合浅海负梯度环境下特征声线与传播时间的快速求解。     

浅海声速剖面对吊放声纳探测距离的影响

吊放声纳的作用距离不仅和自身设备性能有关,还和海洋水声环境特性及吊放声纳入水深度有着密切的关系.本文阐述了浅海不同声速剖面中的声传播特性,通过仿真声线轨迹分析了几种典型的浅海声速剖面对声传播的影响.通过对声纳、水声环境以及目标的模型化计算,利用射线模型仿真了几种不同声速剖面情况下吊放声纳的主动作用距离.分析了吊放声纳入...     

两种不同的声源定位算法研究

讨论了两种基于声信号的声源定位算法。将声传感器获取的时延差作为观测量,结合已知的声探测器阵列的空间位置和声速确定具体的声源位置。采用两种定位算法对仿真数据以及试验数据进行解算,并对其结果进行分析;验证了两种算法的准确性及各自的优缺点。结果表明,合理地使用两种算法,能够快速、精确地解算出声源的位置信息。     

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。     

远距离声源被动定位新方法研究

声源被动定位的重要问题在于如何提高定位精度、定位速度和扩大定位范围.本文基于射线声学模型,利用声线最短传播时间在基元之间的时间延迟和多途时间延迟,提出了最短传播时间延迟定位、细分声场二次定位和多途时延定位及其他们之间相互结合的定位方法,使得定位精度得到明显提高,定位距离突破传统的匹配定位范围,实现了较高精度的远距离声源定位.理论研究的结果表明,该方法有效地降低了计算量,定位距离达到60 k m,定位距离误差小于3%.     

珊瑚型环礁斜坡地形水下声传播特性分析

从岛礁斜坡地形条件下的声信号衰减和地形阻断效应分析出发,重点针对水下声场分布规律及其对声传播造成的影响开展研究。利用水声模型理论,结合某礁实测地形以及水文数据,建立岛礁斜坡地形下的多途声信道模型,基于Bellhop与RAM声学仿真方法,对不同地形下的声线轨迹、声传播损失以及信号时延等声场特性进行仿真分析,得出岛礁斜坡地形下的声场分布特征。研究结果表明：（1）岛礁斜坡地形是影响其声传播模式的关键因素;（2）斜坡外缘浅海区域的目标不易被岛礁斜坡顶端的声呐所探测; （3）陡坡地形对浅海声源的声传播有利,当声源深度足够大时,缓坡地形下的本征声线数目能够达到在陡坡地形下的5倍,对声传播有利。以上研究结果可为岛礁区水下声场的特性分析以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。     

SS—1智能型声速深度仪

一、引言 海洋中的声速深度分布直接关系到声波在海中的传播,因而影响水声设备的使用。对于海军反潜作战来说,声速的深度分布是很重要的参数之一。在海洋开发中,当涉及到水下定位时,也必须考虑因声速梯度引起的声线弯曲。总之,海洋中的声速分布是反映海水介质特性的一个重要参数,人们都很重视对它的测量。早期海水声速通过测量海水温度、盐度和深度来计算。为此,人们给出了一系列海水中声速的计算公式。[1][2]到了五十年代出现了利用“声环鸣”方法现场测量声速的设备[3]。人们就广泛使用声速仪来现场直接测量声速。到目前为止,“声环鸣”方…     

一种非分层海洋中的声线计算方法

在浅海环境中,声速剖面和海底深度在水平方向上的变化都会对声传播产生较大的影响。将声速剖面用前几阶经验正交函数来表示,在一定范围的海域各阶经验正交函数系数可以近似为随水平距离线性变化,提出了一种非分层海洋中的声线计算方法,可以计算到达接收水听器的本征声线和传播时间。该方法计算速度快,计算精度较高,可以用于海洋中的声速剖面快速反演。     

倾斜海底反射时声线水平偏转问题研究

三维浅海环境下,声线在倾斜海底反射时,会在水平方向上发生偏转。在远距离传播问题中,由于累积效应,接收声线的方位角与发射声线产生较大的偏差。若忽略不计,将会给声源定向等工作带来较大的误差。因此,研究声线在倾斜海底反射时的水平偏转问题,并总结其规律具有重要意义。采用射线声学的方法系统地研究了不同参数情况下倾斜海底声线水平偏转的问题,得到了在海底变化较缓时的近似公式,并进行了数值仿真分析。结果表明,声线的水平偏转的大小和方向由海底深度梯度和入射声线方位角与掠射角共同决定。     

海洋锋区的三维声线轨迹分析

鉴于射线模型明确的物理意义及海洋锋特殊的海洋环境现象，文章运用三维射线模型研究了声波在海洋锋区的传播规律，并通过仿真试验，讨论了台湾黑潮锋区的三维声线轨迹的特点及其对声呐探测带来的影响。研究的结果表明，声波在通过海洋锋区时，一般都将产生较大的垂直深度误差和水平方位误差，特别是在台湾以东的黑潮锋区，影响比较明显。     

一种海底应答器绝对位置的精确校准方法

应答器越来越多地应用于各种水下作业，而其绝对位置的校准是工作的前提。在深海下由于声速的不均匀性，声线会发生弯曲。海底应答器绝对位置的校准需要进行声线弯曲修正。给出了一种深海条件下含声线弯曲修正的海底应答器绝对位置精确校准的方法。深海试验结果验证了该算法的有效性以及进行声线修正的必要性。     

基于最小方差的声线跟踪自适应分层算法

针对高精度水声定位系统中定位精度与计算量相互矛盾的问题,提出了基于最小方差的声线跟踪自适应分层算法。该算法根据声速在有限范围内规律变化的特点,对声速剖面全局搜索,通过各段声速散点到其拟合直线的总方差表示拟切分段与原始声速剖面的差别,利用最大差别找出最佳切分点,保留原始声速剖面特征,实现对声速剖面的简化。实验结果表明,该算法在保证定位精度的同时能够提高计算效率,具有良好的工程应用价值。     

未知声速分布下的一种水下目标GPS定位修正算法

由于海洋中声速分布不均匀,要实现水下目标GPS的精确定位,必须进行误差修正。阐述了采用应答器工作模式的水下目标GPS系统定位原理,在水下目标GPS系统定位过程中,分析了一种基于欧氏几何原理的修正算法在声速分布未知时的定位修正效果和局限性,研究了算法出现盲区的原因,并据此对该算法进行了改进。仿真计算结果表明改进后的算法可有效减小声速分布未知时声速估计不准确造成的定位误差,提高了水下目标GPS的定位精度。     

近海面水层中声传播损失估计和分析

近海面水层通常存在声速梯度变化,并随着季节的更替而改变。根据南海典型中等深度海在春季、夏季、秋季和冬季的声速剖面,分析近海面水层中12 km水平距离内声传播损失的空间分布和频率变化规律。结果表明:春、夏两季由于负梯度声影区现象,声传播损失约在1 km的距离超过80 d B;秋、冬两季的典型特征是存在表面声道现象,当声源在近海面混合层内部时,混合层中声传播损失在截止频率以上小于球面扩展损失,而当声源深度大于混合层深度时,表面声道现象不明显。     

InSAS干涉测深系统误差分析

对由海水折射引起的InSAS干涉测深误差进行了分析。在分析InSAS测深原理的基础上,采用射线声学理论分析了两种典型的中国海浅海声速剖面条件下,距离深度比对测深精度的影响。结果表明,对于典型的中国海浅海声速剖面,在水深为40m的情况下,当距离深度比达到5～10倍时,InSAS干涉测深系统将带来5～20m的深度测量误差和1～3m的水平距离误差。因此,为提高InSAS干涉测深系统精度,必须要进行声速补偿。