改进萤火虫算法优化粒子滤波的信号源定位

为提高无线电信号源的定位精度,运用粒子滤波方法对其进行定位估计。针对粒子滤波存在的粒子退化问题,提出改进的萤火虫算法优化粒子滤波。首先对萤火虫算法的吸引度公式进行改进,并利用迭代时刻粒子最优值指导个体的移动过程。然后运用改进的萤火虫算法与粒子滤波机制相结合,使粒子趋向于高似然区域,提高粒子的有效性,避免粒子退化,提高粒子滤波算法的滤波精度。最后,将改进后的算法用于无线电信号源定位算法中并进行仿真试验。实验结果表明:该文提出的算法定位结果最大定位误差为0.23%,该算法相比粒子滤波算法的定位精度有很大的提高,是一种有效的、实用性较强的定位估计算法。     

基于修正时延粒子滤波的水声传感器网络目标跟踪

在水声传感器网络中,利用多个传感器节点探测到的方位信息进行目标跟踪是水下目标跟踪领域的一种新思路。由于水中声速的限制,信号到达各个节点的时间不是同步的,提出了一种修正时间延迟的方法,并将其与粒子滤波(PF)、扩展卡尔曼粒子滤波(EKPF)结合来解决该非线性跟踪问题。仿真分析表明修正时延后,算法的跟踪性能有较大提高;并且在相同条件下,EKPF的跟踪性能比PF好。     

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。     

水下高速目标航行参数遥测技术研究

对于高速、强机动的水下目标来说,其航行参数信息的实时遥测具有重要意义。水声信号的多普勒频移估计与补偿是水声遥测的关键技术之一,它直接影响着水声遥测的效果与性能。针对双曲线调频信号及线性调频信号进行仿真分析,对比在相同情况下的多普勒频偏可补偿性,仿真实验证明双曲线调频信号具备较高的多普勒容限,其时延值估计精度可达到1μs。结合工程实际,采用双曲调频信号与单频信号组合的方式进行水声遥测,充分发挥双曲线调频信号的多普勒不变性和单频信号对多普勒频移的敏感性,在获得较高定位精度的同时,也具备高精度的水声遥测功能。该组合信标信号经过湖上试验验证,具有遥测精度高、误码率低、易于实现等优点,可直接应用于相关水声工程中。     

无线电遥控水声监测浮标

在传统的长基水声定位技术基础上,设计了一套集水声定位监测、无线电通信和水声遥控功能于一体的无线电遥控水声监测浮标系统,利用合作信标方式和询问应答方式对水下目标的三维运动轨迹进行测量,无线电通信和水声遥控功能相结合能实现对海底潜标的远程控制。系统设计中采用了一系列消除干扰、降低功耗的措施,提高了定位精度,延长了系统的工作时间。经水声拉距试验,到达7.8km处时,应答信号的时延值仍稳定;水声遥控指令在5.5km处时稳定可靠。在无线电拉距试验过程中,相距12km处通信质量良好。解算出的定位轨迹与目标船上的GPS轨迹基本一致,定位精度在5m左右。上述海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。     

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。     

基于概率图模型的单信标定位算法研究

随着人类对海洋认识的逐步深入，水下目标的位置信息成为了一种不可或缺的水下信息源，传统的水下定位方法已经不能满足不同场景的应用需求。无论是在测量信息多元化时的多元信息融合定位，还是测量信息不足时的时域信息联合定位时均存在局限性。为此文章提出了基于概率图模型的单信标定位算法，在信标稀疏或者信标通信信息缺失的情况下，通过联合目标时域上其他位置时刻的所有量测信息，从而实现目标定位。此外文章还分析了模型分辨率和测距误差对定位结果的影响，并通过湖试验证概率图方法的有效性，证明其能够在传统定位方法无法使用的单信标的定位跟踪过程中，估计出每一时刻目标的位置，描述目标的运动轨迹。平均定位精度达到1.203 5 m。     

一种声线修正的查表方法

在利用时延测距的水声定位系统中,由于在海洋中存在声速梯度,声线传播发生弯曲,为了提高定位精度,提出了一种声线修正的查表方法。由射线声学理论可知,声传播距离和时间都是声线初始掠射角的函数,在声源深度、接收深度和声速分布已知的情况下,对每一个初始掠射角,必有唯一一个传播时间和距离与它相对应,根据声线的这一特征,可以用查表法通过声传播时间来确定相应的传播距离。通过建立传播时延与声源与接收机的水平距离的对应关系表,利用声线在水平面的投影水平距离通过圆交汇解算出目标的位置,而不是利用声线弯曲的斜距进行球面交汇解算出目标的位置。仿真和海试结果表明,在复杂水文条件下,该方法能有效提高水声定位精度。     

多无人水下航行器协同导航定位研究进展

介绍了多无人水下航行器(UUV)协同导航定位的原理,进而详细综述了国内外多UUV协作系统及多UUV协同导航定位系统的研究进展,重点研究和分析了水声测距及通信一体化、协同导航定位算法、协同导航定位观测、水下UUV组网等关键技术的研究特点和发展趋势。研究表明,随着海洋研究的不断深入,多UUV协同导航定位系统的发展将会更注重减小体积质量、适应复杂海洋环境和能源限制方面的研究。     

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     

一种水下GPS系统及其在蛙人定位导航中的应用

研究了一种适用于蛙人导航的水下GPS系统。针对蛙人执行水下任务所需的高精度导航,提出了一种由主动声纳浮标作为定位基站的GPS定位系统,介绍了该系统基于延时测量的定位原理和求解方法,给出了Kalman滤波器和扩展Kalman滤波器的设计,并通过数值仿真进行了验证,结果表明：为提高定位精度,在定位解算的基础上进行滤波平滑是必要的。     

基于LBL声信标的AUV快速精确定位

长基线声学定位系统是水下机器人广泛应用的外部导航设备。以对“CR-02”6000m自治水下机器人（简称AUV）技术的深入开发为背景,提出在原有长基线（LBL）定位系统的基础上增加导航功能的方案。由于海水介质非均匀性与复杂的时空变化特性,给基于测距的位置计算带来很大困难。采用平均声速法计算耗时小而误差大,波阵面定位法误差小而耗时大。为解决这个矛盾,根据AUV深度传感器给出的深度信息,采用本征声线快速计算方法解算AUV的水平面位置。与波阵面法、平均声速法进行了综合比较。仿真实验表明该方法具有优良的性能,满足AUV导航需要。     

浅海信道有效声速估计及其在水声定位中的应用

提出了基于本征声线视在搜索的浅海信道有效声速估计方法。在给定海面海底及垂直声速分布条件下,该方法能快速准确地估计浅海信道中任意两点的有效声速以及有效声速空间分布物理图像。因该方法采用本征声线视在搜索思想,计算量大为减小,易于实际工程应用。随后探讨了其在长基线水声定位解算中的应用。海试与应用结果表明,该方法可以提高长基线定位系统对浅海信道复杂水文的适应能力。     

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。     

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。     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。