垂直矢量阵声图被动定位技术研究

在近场条件下,应用垂直矢量阵声图被动定位技术,能有效地抑制海洋多途影响,测定目标距离。由于垂直声压阵的自身指向性问题,无法测定目标方位,故讨论了垂直矢量阵的声图被动定位方法,利用矢量阵的指向性优势来获得声图测量的精确被动定位结果。仿真对比分析了水平阵与垂直矢量阵在多途条件的声图测量效果,此外,给出了单双目标2种情况下的垂直阵声图测量结果。研究发现:垂直阵声图测量由于物理优势比水平阵具有更好的抗多途性能,采用矢量阵可以克服声压阵的指向性缺陷测定目标方位,因而在多途海洋环境中利用垂直矢量阵进行近场目标被动定位具有可行性。     

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:...     

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。     

影响时反定位性能的几种因素

对基于时间反转镜单水听器被动定位算法进行了深入研究,并通过数值仿真分析了其被动定位性能。通过分析得知基于单声压水听器的时间反转镜定位方法即可准确估计目标的距离与深度,相比传统组阵定位算法有着明显的优势。同时给出了信号的脉宽、频宽、相关处理对定位结果的影响。     

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。     

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。     

多途条件下近场声源三维被动定位

为了解决近场被动目标的三维定位问题,在多途条件下提出了一种水平阵定位方法。任意选择扫描深度获得二维声图测量结果,进而在二维扫描平面搜索谱峰,得到目标信源与海面镜像虚源的聚焦点位置;利用它们的几何关系对测量结果进行修正,得到目标的三维坐标。仿真结果表明：不同的扫描深度对定位精度的影响较小;随着目标远离阵列,定位误差逐渐增大;在靠近阵列的区域里,多途聚焦点与直达声聚焦点混叠,方法失效。因此,该方法可以在多途条件下对一定范围内的近场被动目标实现三维定位。     

声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究

在实际情况下,声矢量阵存在阵元姿态误差。为充分认知阵元姿态误差,分析阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。针对有源校正算法受限于实际的工作环境,提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。该算法通过非线性迭代使目标函数最小化,从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向（DOA）的联合估计。大量计算机仿真结果表明,该自校正算法具有良好的参数估计及快速收敛性能。     

某型声纳中高分辨被动多目标测向应用技术研究

本文研究了在某型声纳中应用高分辨技术进行被动多目标测向的若干问题。主要包括目标辐射噪声带宽如何利用，圆弧阵各阵元安装方向不同和性能不一致的校正方法，以及目标源强度不同对算法的影响等。研究表明，对于ＭＵＳＩＣ类利用噪声子空间进行方位高分辨算法，目标强度不同仅使得角谱谱峰高低有差异，只要各目标源的最低信噪比不低于某一门限，仍可得到准确估计结果，通过应用宽带聚焦技术和误差补偿技术，可以有效地提高算法在实     

基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法

针对传统波达方向角估计算法采样数据量大导致较大计算复杂度的问题,提出了基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法。该算法首先基于压缩感知理论对空域稀疏信号进行压缩采样,并将压缩信号从阵元域映射至波束域,进而构造出新的波束域接收信号,而后使用多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法实现信号的波达方向估计。仿真实验表明,与传统的Capon及MUSIC算法相比,所提算法可对相干信号进行有效DOA估计,具有较高角度分辨力和估计精度;与基于阵元域的正则化聚焦求解算法相比,所提算法具有较低计算复杂度。     

单矢量差分幅度相移键控正交频分复用水声通信研究

为了在不牺牲通信带宽利用率的前提下,进一步提高水声通信质量,在描述高阶差分幅度相移键控调制技术和单矢量信号处理技术的基础上,基于矢量水听器和高阶差分调制技术,提出一种应用于正交频分复用（OFDM）通信体制中的高速水声通信系统。根据实际水域声速梯度真值,利用信道仿真软件建模实际水声信道,仿真研究通信系统在此信道下的通信性能。研究结果表明：对矢量水听器采集的声压和振速通道信号进行p+3v_c线性联合处理可获得增益,单矢量差分幅度相移键控OFDM通信系统比标量差分幅度相移键控OFDM系统的通信效果有明显改善,验证了该系统的可行性和优越性。     

基于质点振速测量的低空目标定向算法研究

声测被动定向是声学监视技术的重要研究内容。为实现对低空运动目标的声学监视,提出一种基于声矢量传感器原理的被动定向方法,推导出基于质点振速测量的定向算法,采用实测噪声信号对定向算法进行数值仿真,结果表明：当传感器尺寸为0.3 m、信号信噪比为0 dB时,定向精度在2°以内。通过外场实验,研究该传感器的质点振速指向性,得到了其质点振速指向性图,该传感器具有较好的空间指向性。外场实验证明：该定向算法具有较高的定向精度,能够用于低空目标的声测被动定向,有较好的应用前景。该研究成果可直接周于空中运动目标,如飞机、导弹和无人机等目标的声测被动定向。     

Pekeris波导中矢量水听器定向性能分析

推导并分析了Pekeris波导中单频点源在远场条件下的复声强。研究结果表明，在Pekeris波导中，每号筒正波模式对应的瞬时声强是2幅值相等、原点处相位差为兀的上下行平面波在介质空间中传播形成的瞬时能量分布；各号简正波的相互干涉作用使得水平方向上同时存在有功声强和无功声强；垂直方向上，各号筒正波自身存在声能流对消现象，但彼此的相互干涉作用导致有功声强不为零。单个三维矢量水听器在Pekeris波导中利用平均声强法无法确定辐射连续单频信号的点源俯仰角。最后通过声场计算程序进行仿真。     

基于多级维纳滤波器的声矢量阵空间谱估计算法

针对传统的声矢量阵高分辨空间谱估计（来波方向估计）算法运算量大、不易于工程实现的问题,提出一种基于多级维纳滤波器(MSWF)的声矢量阵快速来波方向估计算法,即V-MSWF算法,选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号,通过MSWF的递推运算得到信号子空间。通过计算机仿真及消声水池实验对V-MSWF算法的性能进行了验证。结果表明,V-MSWF算法无需计算阵列协方差矩阵及特征值分解运算,在高信噪比条件下,具有良好的来波方向估计性能。     

水中动态爆点纯方位定位有效测量距离分析

为解决传统水中动态爆点双曲线定位技术的成本大、测点精度低等问题,提出了利用纯方位测量技术实现水下动态爆点的实时定位方法;介绍了基于矢量水听器技术的纯方位定位原理,根据矢量水听器的特点分析了接收信号信噪比与传播距离的关系和爆炸声在不同传播距离上的声传播损失、接收点的信号声压级,对有效测量距离进行了估算。     

矢量阵两类阵处理方法研究

矢量阵扩展法阵处理实现了矢量阵与声压阵在形式上的统一,但在模型上对于振速对阵列性能影响的物理意义不够明晰。针对这一问题,分析扩展法阵列数据协方差矩阵构成,通过分块矩阵方法推导常规Bartlett波束形成方位谱表达式,实现了与矢量阵组合法阵处理的形式统一,使其具有清晰的物理含义,分析了扩展法不具有扩展孔径增益的原因,计算机仿真和湖试试验验证了理论分析结果。     

基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成

针对存在导向矢量失配和快拍数不足时,声矢量阵标准Capon波束形成器性能急剧下降的问题,提出了一种基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成算法。鉴于声矢量阵声压通道和振速通道的导向矢量误差来源不同,分别为声矢量阵声压通道和振速通道设计了广义旁瓣对消器;利用最差性能最优化的思想,将声矢量阵标准Capon波束形成器转化为稳健最小二乘估计问题;利用二阶锥规划求解。仿真分析表明,该算法在抗导向矢量失配、快拍数不足、阵元姿态误差方面均有良好的性能。