基于座底式水声网络节点的跟踪测试技术研究

为了满足水下航行体的大范围水下定位跟踪测试要求,针对基于座底式水声网络节点的跟踪测试技术进行深入研究。设计了一种紧凑型水声网络节点,该节点采用卧式安装结构,可通过水声或光电信号进行回收控制,具有结构轻便、布放效率高、回收可靠等特点。利用该水声网络节点,串行布放在某水域组成座底式长基线跟踪测试系统,该系统具备定位跟踪、航行参数遥测等功能。针对其定位跟踪及航行参数遥测功能进行湖上跑船试验,试验结果证明,该系统定位跟踪精度高,航行参数遥测功能可靠,遥测误码率低,总体覆盖范围大,可广泛应用于水下航行体的定位跟踪、导航测试等,具有较高的工程实用价值。     

被动定向浮标阵卡尔曼滤波目标跟踪研究

文章研究利用被动定向浮标阵定位跟踪水下机动目标的方法,基于卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF)原理提出一种定位跟踪滤波器的具体实现方法。该方法能够整合多枚浮标现在及过去有误差的测量数据,提高定位精度,同时连续输出水下目标运动参数估计从而锁定目标运动轨迹。该方法实现的关键在于建立水下目标与浮标阵的数学迭代运算模型,包括状态空间的动态与观测过程。由于被动定向浮标阵目标跟踪是一个非线性估计问题,而卡尔曼滤波器是线性的,因此文章设计了近似的线性观测方程以利用卡尔曼滤波来解决这个问题。通过计算机仿真研究该滤波器的跟踪效果并与最小二乘法进行比较,估计精度明显高于最小二乘法。同时通过仿真验证该滤波器可以自适应跟踪目标的非稳态运动过程。该方法在工程实践上具有一定应用前景与指导意义。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

水下被动定位声纳显示及航迹跟踪方法

根据水下目标定位跟踪的系统功能,设计了用于水下目标被动定位跟踪的综合显示系统,能够实现信号的特征显示、轨迹跟踪处理和目标轨迹识别。采用B式瀑布图显示技术、目标航迹跟踪技术以及基于Hough变换的航迹信息提取技术,仿真分析和实验数据表明,该显示系统的设计可以提高被动定位跟踪综合显示性能。     

改进的Mean Shift算法在前视声呐运动目标跟踪中的应用

多波束前视声呐具有成像速度快、分辨率高的优点,是进行水下目标探测、跟踪和监控的重要设备。针对多波束前视声呐运动目标的跟踪问题,提出了一种改进的MeanShift算法。该算法利用经典的MeanShift算法实现目标的帧间定位,通过基于图像序列的背景消减法实现运动目标分割,根据分割后目标的位置和大小对Mean Shift跟踪框进行更新,并重新建立跟踪模型来迭代实现目标的准确定位和跟踪。实验结果表明,改进后的算法可实现目标跟踪框随目标大小和形状的更新,对目标的定位更加准确。因此,该算法具有应用于水下目标精确跟踪和定位的潜力。     

双子阵被动跟踪系统

文章介绍一种用于水下机动目标测量的双子阵被动跟踪系统,介绍了双子阵定位原理和系统构成,提出了广义相关时延估计方法、时延值滤波方法和卡尔曼弹道滤波器,该系统能方便地进行水面或水下机动目标的跟踪测量。     

海上弹着点水声非同步测量方法

针对鱼雷、水雷、声呐浮标、水声对抗器材和舰艇炮(导)弹等海上弹着点、上浮点、爆炸点等测量需求,介绍了基于水声非同步定位原理的海上弹着点机动被动测量方法,这将是对武器装备海上弹着点准确度、射击精度和最大射程等指标精确测量及部队海上打靶训练的有效途径,有效解决海上弹着点准确测量的难题,有助于提高海上测量能力和部队作战训练水平,对海军武器装备建设、军事训练和海上靶场建设有重要的指导意义.     

基于声压时间反转镜的水下目标被动定位技术

文章围绕基于时间反转镜技术的水下运动目标被动定位问题,讨论了被动声压反转镜（Pressure Time Reversal Mirror,PTRM）定位的基本原理,在此基础上,对PTRM进行了定位仿真分析,并对湖上试验数据进行了处理,试验结果与理论结果基本一致。结果表明,利用PTRM技术可以有效地对水下运动目标进行被动定位。     

多途信道对弹道跟踪系统时延估计的影响分析

0引言基于时延估计的定位技术计算量小,定位精度高,而且该算法的实现对硬件要求不高,易于实现实时定位系统的开发,这些优点使其广泛应用于水下弹道跟踪系统中,时延估计的精度将直接影响到弹道跟踪的准确性。然而,复杂的水下环境使得水声信道具有传播衰减、多途、散射和频散等物理效应[1],水声信道的这些特性对高精度的时延估计构成了巨大的挑     

一种基于方位-频率测量的被动声呐TMA算法分析

根据被动观测器测得的目标方位和多普勒频率信息,通过伪观测量的形式,建立了系统的线性状态方程和观测方程,从而利用伪线性卡尔曼滤波对目标的运动状态进行估计,并证明了系统的可观测性。蒙特卡罗仿真表明,此算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优点,可应用于远距离的水下被动目标运动分析。     

Dopplerlet变换推广及其在主动声纳中的应用

针对水下高速运动目标的主动探测问题,引入了Dopplerlet变换。根据运动目标回波的特点提出了主动Dopplerlet原子．并分析了基于主动Dopplerlet变换的自适应匹配塔形分解算法,克服了Dopplerlet变换在被动信号处理中声源频率变化引起误差增大的问题。将算法应用于高斯白噪声和高斯色噪声背景中运动目标的检测和速度距离的估计．取得了较好的结果。     

一种抑制卡尔曼滤波发散的实时数据处理方法

由于水声环境的复杂性和水声信道的时空变特性及水下航行载体的机动性,水声定位系统测量的弹道样点野值较多,平滑性差。介绍了一种野值的自动剔除和卡尔曼滤波递推处理方法,克服了滤波发散。文中选取距离D的倒数作为状态变量,使得1／D是近似线性变化的,此时量测方程的误差也近似是线性的,卡尔曼滤波器的表现是稳定的,并且是渐近无偏的。卡尔曼滤波的递推形式,滤波增益矩阵Kk的离线计算出,Qk和Rk值选取固定植,野值设定门限自动剔除,使滤波器收敛和稳定时间短,实现了对快速目标的跟踪和滤波输出,没有出现发散现象。该方法的特点是实时性好,对快速目标具有良好的跟踪能力,而且能达到工程上应用的精度要求。     

分段曲线拟合在同步距离后置处理中的应用

曲线拟合是运动目标轨迹后置处理的重要方法之一。对于经过预处理后的测量数据采用多项式曲线拟合进行平滑处理，阶数选取较高时，拟合效果较好，但方程求解复杂，拟合曲线稳定性变差。文章对多项式曲线拟合方法用于同步测量距离后置处理进行了分析，针对机动目标距离数据特点提出分段曲线拟合方法。实测数据处理结果表明，该方法能有效地解决拟合效果和多项式阶数之间的矛盾。     

水下瞬态信号的检测与识别

对于水下瞬态信号这种突发性很强、持续时间又非常短、且出现后一般不再重复的信号,如何才能进行全自动的快速有效的检测与识别,是近期国内外研究的热点。针对水下目标快速变速所产生的瞬态信号的自动检测与识别问题,传统信号处理方法难以适用,文中引入了图像处理的有关理念和技术,提出了"取重心处理"的方法,并提出了一种便于工程实现的快速算法。对海试数据的分析结果表明,该方法稳定可靠,有望应用于工程实践中。     

被动声纳目标识别系统设计研究

目标识别是声纳的主要功能之一,其性能包括识别正确率、泛化能力和识别距离。由于数据样本的保密特性,声纳目标识别系统设计有其自身特色。在设计过程中,应首先降低对数据样本的依赖,把目标辐射噪声的机理分析、组成、运动规律等知识巧妙地运用到系统设计中;其次还应尽可能提高泛化率,以提高声纳目标识别系统对未见过的样本的正确识别能力。讨论了声纳目标识别流程、声纳目标识别系统的设计方法;在声纳目标识别系统的性能评估中,给出了目标识别距离的估算方法。     

H序沃尔什快速变换及其在水声扩频通信中的应用

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因,扩频通信技术的抗多途、抗干扰性能使之适合用于水声通信。然而,要想较好地解决多途衰落和多普勒频偏问题,须对接收信号进行多途分量的提取和多普勒频率搜索。这将使程序的运算量大为增加,一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。沃尔什快速变换能够快速的实现矢量和矩阵的相关运算,将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码、频率搜索和多途分集,可以保证接收信号的实时处理。从而,在信道多途比较严重、环境噪声较强的浅海信道中,能够实现长距离、低信噪比、低误码率、高保密性的实时扩频通信。通过湖试和海试,验证了此水声扩频通信系统的上述优良性能。     

无缆水下机器人水声图象处理系统设计

水声图象处理系统是无缆水下机器人的重要智能系统，它以ＴＭＳ３２０Ｃ３０高速数字信号处理器为核心，实时地完成水声图象压缩和水声目标参数计算（包括妨碍航行的障碍识别）等功能，本文给出了该系统软件、硬件的设计以及水池实验结果。     

双耳低频高分辨快速精确定向算法

小型被动探测节点由于成本低、布放简单等原因在水声领域应用广泛。已有的被动声测向技术在这种条件下存在定向精度低、角度分辨力差等缺点。为了解决小孔径基阵的目标快速精确定向问题及多目标分辨问题,将人类听觉系统对低频声源的定向过程与高精度时延估计算法相结合,提出双耳低频高分辨快速精确定向算法。通过理论分析和仿真与湖试数据的处理,证明算法对小孔径阵在低采样率的情况下可以对多个目标的方位进行快速精确估计,并可获得各目标的频率信息,利用频率的不同可以分辨相同方位入射的不同声源。     

水中弹道测试的数据处理技术

水中高速运动弹丸的测试不同于空气中测试,由于水中运动的弹丸的速度降很大,而且是非线性的,因此常规的区截靶测试和光电测试等方法都无法准确测试弹丸的运动轨迹及速度、加速度和转速等参数．但由于水中弹道及运动规律、水中弹丸受力和阻力系数的测量又迫切要求知道弹丸的精确运动规律,因此需要研究水中弹道参数的精确测试技术．本文介绍了一种数据处理方法,使用高速摄像测量技术和图像处理方法,利用样条拟合方法,可在亚像素精度上确定弹丸的位置等参数．该方法可以有效地解决水中弹道数据的测量问题．