基于时间反转的单水听器被动定位技术研究

对基于时间反转镜的单水听器的被动定位技术原理进行了阐述,并通过数值仿真对其被动定位性能做出了分析。通过分析得知基于单声压水听器的时间反转镜定位方法可准确估计目标的距离与深度。同时对单矢量水听器与单声压水听器的定位性能做了对比,并给出了对比结果。     

虚拟迭代时间反转镜被动选择聚焦技术研究

克服水下多途干扰,在噪声背景中实现多目标被动定位是声纳信号处理的主要功能之一。本文提出了利用矢量阵的迭代时间反转镜被动选择聚焦方法。利用虚拟迭代时间反转镜(D ITRM)可综合多途信息,对信号进行时间、空间被动聚焦的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。声矢量水听器阵与D ITRM结合可提高算法的处理增益。对矢量阵D ITRM选择聚焦原理进行了理论分析,仿真结果表明了所提算法的正确性和工程适用性。     

时间反转镜被动定位技术对环境宽容性研究

以时间反转镜的特性为基础,介绍声压反转镜和矢量反转镜技术,对单传感器TRM被动定位技术的环境宽容性进行仿真分析。结果表明,海面声速分布差异会对时间反转镜的聚焦效果产生影响,对声压反转镜和矢量反转镜的影响不大,对水平方向和深度方向的影响亦不大。处理频带对该种失配条件下的TRM聚焦效果影响显著,高频段时对海面声速失配的稳健性低,低频段时,稳健性强。     

垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究

时间反转被动定位技术是一种可以在无需目标合作的条件下,实现被动相干源能量时空自适应聚焦,确定浅海被动目标位置的信号处理技术.提出了垂直阵时反被动定位(APTRM)技术的具体实现方法,为提高算法的处理增益、定位精度和定位稳健性,对算法进行了改进.进行了水池实验和海试,试验结果验证了所提算法的正确性和实用性.研究结果表明:...     

单矢量水听器时空变换技术研究

提出了一种基于单矢量水听器的信号处理新技术。方法通过对单矢量水听器各通道时域采样数据进行分解,将单矢量水听器等效虚拟为具有空间孔径的半波均匀直线阵。与单矢量水听器相比,虚拟后的阵列具有更窄的空域指向性波束。利用虚拟阵列的快拍数据可完成对空间目标方位估计,且可对宽带和窄带信号在频率或时域进行处理。新方法无需进行阵列流型的校正,因而具有更强的鲁棒性。理论分析和计算机仿真表明,在各向同性噪声场中,对于窄带或宽带目标,新方法具有比单矢量水听器MUSIC算法更好的方位估计性能。湖上试验验证了算法的有效性。     

基于MUSIC算法的单矢量水听器方位估计

由于单个声压水听器无指向性,不能用来估计目标的方位,因此提出了一种基于单个矢量水听器的高分辨MUSIC算法。该矢量水听器由3个空间轴向垂直的振速水听器和1个声压水听器构成,充分利用矢量水听器的阵列流形特性,按照阵列信号处理的原理对其输出的标量场和矢量场信息进行联合处理,构造了单矢量水听器MUSIC算法。仿真结果显示,将MUSIC算法应用于单矢量水听器可以得到比Capon算法更尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,大大提高了对目标的分辨能力,在高信噪比条件下能实现对目标高分辨的方位估计。     

基于相关峰插值的五元十字阵被动声定位算法

针对基于传统时延估计方法的被动声定位算法精度提高受时延估计精度限制的问题,提出基于相关峰插值方法的被动声定位算法。该算法能改善 FFT变换带来的栅栏效应,根据声音信号的传播特性对信号低频频谱进行细化从而提高时延估计精度。通过计算机仿真和外场实验对比分析了基于互相关方法和基于FICP方法的被动声定位算法在五元十字阵系统中的定位精度。结果表明,基于 FICP 方法的被动声定位算法能够较好地对声源目标进行定位,且算法定位精度优于基于互相关方法的定位算法,具有较强的实际应用性。     

单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究

为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计.根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计.根据应用中出现的问题,对算法进行改进.计算机仿真结果表明,在无需知道信号先验信息条件下,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信...     

基于仿生学算法的单矢量水听器DOA

由于矢量水听器可以同时获得声场中的声压和质点振速信息,所以利用矢量水听器的组合指向性,可以有效地抑制噪声干扰,提高信号增益。将单矢量水听器的声压与质点振速信息构成传感器阵列,根据平面波声场模型,按照阵列信号处理的原理对其输出的标量场和矢量场信息进行联合处理,即可实现目标方位估计。根据单矢量水听器MUSIC算法的定向原理,建立适应度函数,利用仿生学算法——粒子群算法对单矢量水听器方位估计算法进行优化。     

基于多径时延估计的单水听器被动定位

水下目标定位是水声工程中的基本问题之一,一般的定位方法需要多个阵元组成基阵,通过较复杂的阵列处理方法对目标定向定位。研究了单个水听器对水下目标被动定位的方法,采用倒谱法估计水面与水底反射相对于直达波的多径时延,推导了通过水面与水底多径时延估计目标深度与距离的公式,并通过湖上试验进行了验证。试验结果表明:单个水听器能够在垂直面上对水下目标定位,其距离、深度估计结果与实际基本相符。     

单水听器被动测距的信赖域最优化方法

为了解决单水听器被动测距的问题,提出了一种基于信赖域最优化方法的多普勒被动测距法。与必须检测到达航路捷径点时间和频率的多普勒最接近法相比,该方法可以在航路捷径点之前对目标实现实时探测,不仅能实时给出目标运动参数,而且还能直接获得目标当前距离及预测目标距离,不再是仅仅得到航路捷径距离,充分利用目标多普勒信息,实现了单水听器对运动目标的实时测距。该方法还适用于目标匀加速模型,因而具有更好的实用价值。仿真结果表明了新方法的正确性。     

基于数据融合的双基阵被动定位算法的研究

为了对低空飞行目标进行定位,提出一种基于数据融合的双基阵声测被动定位方法,并对定位算法和误差进行了理论分析和数值仿真。该方法采用单基阵估计的目标方位结合双基阵阵间时间延迟的方法进行目标融合定位,充分利用了基阵间的相干性。仿真表明,该方法具有较高的定位精度。该研究成果可直接用于空中运动目标的定位,也适用于地面运动目标的定位,还可推广到多基阵的运动目标声测被动定位。     

使用单水听器定位浅水中的脉冲声源

针对浅海信道的相干多途结构,给出了一种利用单水听器通过估计多途时延差来定位脉冲声源的方法。分析了水底和水面声学特性的差别对反射波相位的影响,利用相位的差别来区分水面反射和水底反射,解决定位方程中声源位置模糊。使用复数域上的凸集投影方法估计信道中的多途幅度衰减和相位变化,其分辨率优于传统匹配滤波器,可以扩展定位方程的应用范围。通过误差传递方程研究了单水听器定位时的误差。对实验数据处理结果表明,这种定位方法在实际浅海环境中是可行的,具有成本低廉,结构简单的优点。     

基于无迹卡尔曼滤波的单站混合定位跟踪算法

针对移动台的单站跟踪问题,以"到达时间和与到达时间差(TSOA/TDOA)"新型混合定位技术作为基础,提出一种基于"到达时间和与到达时间差"混合被动单站定位模型的无迹卡尔曼滤波跟踪算法。该算法以观测到的有噪信息为基础,引入"到达时间和与到达时间差"观测模式,使用受随机加速影响的匀速运动状态作为跟踪算法的状态模型,将无迹卡尔曼滤波(UKF)算法应用在移动台的定位跟踪上,实现了对移动台的位移和速度的同步跟踪。仿真结果表明:无迹卡尔曼滤波算法应用移动台跟踪系统是有效的;与扩展卡尔曼滤波相比,其跟踪算法的滤波精度、稳定性更优。     

双基地声测被动定位算法研究与仿真

声测被动定位是声学监视技术的重要研究内容。为了对低空飞行目标进行定位,在单基地声测被动定位的基础上,研究了双基地声测被动定位方法,推导出了三种不同单基地估计参数情况下的双基地定位算法和定位方差。仿真表明,当声学基阵的时间延迟估计误差相同时,利用单基地的方位角和俯仰角进行双基地定位,其定位精度要明显优于利用单基地斜距与方位角或单基地斜距与俯仰角进行双基地定位的情况,而且采用不同的声学基阵对双基地定位精度也有一定的影响。该研究成果可直接用于空中运动目标,如飞机、导弹和无人机等目标的声测被动定位。     

基于首达波与次达波到达时差的深海浅层移动声源定位

为克服海洋环境不确定性、信号接收及处理偶然误差对定位精度的影响,基于单水听器多途声到达时差,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法对深海浅层移动声源进行定位研究。结合Butterworth带 通滤波算法及Bellhop射线模型识别水声试验数据中的多途到达波,对比分析各到达波间的相对能量大小,并确定信噪比较大的首达波与次达波为研究对象;以单频信号作为匹配序列,计算时域相关性大小,得到首达波与次达波的声到达时差;以首达波与次达波的声到达时差为观测值,构建EKF声源定位模型,得到移动声源的深度、水平距离及速度等信息。研究结果表明：在深海水声信道中,当声源和水听器都位于浅表水层时,直达波与海面反射波重合,首达波与第1次 海底反射波能量相对较大;滤波结果与实测数据吻合较好,验证了EKF算法可较好地实现对水下移动目标定位。     

基于宽带MUSIC算法的舰船体积目标识别

窄带阵列信号处理算法不能识别真实舰船和声模拟器,基于某水下武器的作用距离和舰船尺度是可比拟的分析。在对单矢量水听器输出信号阵列建模的基础上,建立了频率分段宽带MUSIC算法,应用于舰船目标信号波达方位估计,来对舰船体积目标进行识别。仿真和实测数据计算结果验证了其可行性。     

一种基于时间反转处理的浅海目标监测方法

为了实现浅海环境中对入侵目标实时监测和判断的目的,基于时间反转技术,提出了一种利用时间反转镜在浅海环境中产生一条警戒线的水下目标监测方法,首次从理论上分析了入侵目标强度、深度和与时反阵水平距离等因素对基于时反镜的实时监测系统探测敏感度的影响。针对典型浅海声信道,通过计算机仿真和理论数据计算结果表明,采用时间反转技术的浅海水下目标监测方法的性能优于传统浅海警戒方法,该方法适用于探测小型目标或目标散射回波强度小的物体且不受浅海复杂声道及多途效应影响,具有较强的实用性。     

基于线谱瞬时频率估计的被动声纳目标运动分析

针对被动声纳探测目标,提出了一种基于线谱瞬时频率估计的目标定位跟踪算法。该算法通过利用声纳探测目标的跟踪波束信息,建立高精度瞬时频率跟踪提取与多特征联合的目标定位跟踪模型,完成对目标高精度多普勒频移信息的实时提取。基于多特征观测方程,实现了对目标的定位与跟踪。仿真实验和海上试验结果表明：该算法可在观测平台不机动情况下,完成对目标的快速定位与跟踪;在相同平台机动条件下,相比传统纯方位算法,该算法的要素解算性能更加稳定,解算收敛时间缩短约4 min,进一步增强了工程适用性。     

基于近场声全息的水下航行器噪声源定位方法

以水下航行器的噪声源定位为研究背景,综合论述了基于空间傅里叶变换的近场声全息技术的研究现状,重点研究了算法误差、重建稳定性和滤波方法,分析了近场声全息技术目前仍需解决的问题,并结合Patch近场声全息、矢量水听器等新技术给出了相应的建议,旨在为近场声全息应用到水下噪声源定位提供依据。