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。     

基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究

针对对水下大范围工作的水下航行器的定位和跟踪,根据水声测距原理,提出了一种基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪方法。该方法克服了常规长基线定位系统存在校准测量工作量大、工作时间短、仅能实现单水下航行器固定区域定位等缺点。该方法主要是利用安装有同步时钟、GPS和应答器的无人水面船来实现,在时间同步的基础上,由水下航行器发射水声信号,水面船接收到信号后通过声信号传播时延来计算水面船和水下航行器的距离,并结合多个无人水面船利用GPS获得的位置来解算岀水下航行器的绝对位置,从而实现多水下航行器大范围的定位与跟踪。在研究过程中,基于球面交会模型,利用最小二乘方法建立了基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪算法。仿真结果表明,该方法可以较好地实现水下航行器的定位与跟踪。     

水声定位多阵元跳频编码的模拟退火算法优化

采用跳频编码对水声定位阵元进行编码,编码之间的互相关函数直接影响时延估计精度,提出以互相关峰最小作为编码优化目标.在上述分析的基础上,通过模拟退火算法优化对编码进行组合优化.试验结果表明,通过优化后的跳频编码对水声定位阵元进行编码,可以实现水声信号扩频,减小阵元信号间相互影响的作用.     

浅海多时频调制频移键控水声通信算法性能仿真

研究了一种采用多频码元进行固定时延编码的浅海多时频调制频移键控水声通信算法(MTFSK—Mutiple Time Frequency Shift Keying),并结合建立的浅海水声信道模型对算法进行了仿真研究。仿真结果表明:MTFSK算法性能稳定可靠,误码率小于10~(-4)。     

水下声自导武器目标跟踪建模与仿真

目标跟踪是水下声自导武器智能化发展的重要方向之一。水下主动声自导武器目标跟踪过程具有观测基座运动和观测时变的特点,本文利用水下声自导武器导航定位及航行姿态参数和水下声自导武器检测到的目标信息,基于坐标变换将目标坐标从水下声自导武器坐标系变换到大地坐标系,解决了观测基座运动的问题,通过实时计算采样周期解决了观测时变问题,建立了基于卡尔曼滤波的水下声自导武器目标跟踪模型,分析了滤波初值选取问题,给出了滤波初值选取的工程方法。仿真结果证明,本文所建模型正确,跟踪算法具有较快的收敛速度,跟踪效果良好。     

基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究

多水下无人航行器( UUV)协同导航定位技术是解决海洋中间层水下导航问题的重要途径，研究了主从式多UUV基于水声传播延迟的协同导航定位问题。主从式导航结构中，主UUV内部装备高精度导航设备，从UUV内部装备低精度导航设备，外部均装备水声装置测量相对位置关系，利用扩展卡尔曼滤波算法融合内部和外部传感器信息，对从UUV进行实时定位。研究结果表明，利用UUV的相对位置观测，可以显著提高导航定位精度。     

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。     

基于噪声相关模型的二元水听器组左右舷分辨技术研究

文中针对拖曳线列阵声纳的左右舷模糊问题,提出了一种全新的线列阵基阵结构:二元水听器组,并采用噪声相关模型实现左右舷分辨.经过理论分析和仿真实验研究,证明了基于噪声相关模型的二元水听器组能够有效地解决单频、多频和宽带情况下的左右舷分辨问题.而且二元水听器组比三元水听器组结构简单、安装精度要求低、花费相对低廉、算法简单、易于实时实现,是一种具有实用价值的拖曳线列阵左右舷分辨新技术.     

基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号多维参数估计

针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号在时频域分布的差异,通过迭代去噪法与连通域方法,对噪声进行抑制并平滑每跳的能量分布;采用复声强法对短时互谱矩阵进行处理,得到清晰稳定的跳频信号空时频分布;提取空时频分布的脊线并利用Haar小波变换对脊线进行奇异点检测,估计出信号的多维参数。仿真和水池试验结果表明,当信噪比大于-5 dB时,所提方法得到的参数估计归一化均方根误差小于0.05。     

基于同态滤波技术的水下目标运动参数估计

针对测量平台空间有限条件下的近场目标运动分析问题,提出了一种基于浅海射线声学多途结构的单水听器水下目标运动分析(TMA)方法。通过构建匀速直线运动目标的三维多途时延模型,推导了以运动参数为变量的直达声和海面一次反射声时延差的非线性函数表达式;根据典型水声信道特征,推导了信道的倒谱表达式,进而利用同态滤波技术解卷积能力估计直达声和海面一次反射声时延差;结合Levenberg-Marquardt方法求解非线性方程的最优解;最后提出二次逼近校正方法,降低了实际水文条件对参数估计的影响。仿真结果证明了方法的正确性,参数估计精度满足实际应用需求。     

鱼雷水声同步定位系统抗定位距离模糊算法及仿真

实时准确定位是对鱼雷水声定位系统的基本要求,研究了一种解决鱼雷水声同步定位系统定位距离模糊算法,分析了定位距离模糊的原因,提出了基于水平等距线阵同步定位、相关波门修正时延差等技术的快速定位方法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,该方法具有不明显增加硬件成本、不穷举全部模糊解和无需先验位置信息等优点,可以为设计中远程鱼雷定位系统、短基线或超短基线水声定位系统消除定位距离模糊、锁定正确航迹提供借鉴。     

双谱幂次水下检测空中高速运动声源方法

提出一种水下检测空中高速运动声源的方法。采用波数积分方法对空气中运动声源激发的水下声场进行建模,仿真分析了水下接收信号的时域波形。并利用信号的时频域临近连续性和高阶谱抑制高斯噪声的特点,以信号的双谱替换DFT得到双谱幂次检测器,利用该检测器在高斯背景下检测空中声源水下噪声。仿真和实测数据处理结果表明,所提出的方法切实可行。     

基于多亮点模型的目标回波信号在水声对抗仿真系统中的应用

研究了水下目标回波信号多亮点模型的仿真实现问题，提出了一种能够满足水声对抗试验仿真系统实时性要求的目标亮点三参数求解方法，计算机仿真结果验证了文中所采用的理论模型的正确性和文中处理方法的有效性。     

鱼雷稀疏阵高分辨目标声成像方法

鱼雷目标声成像和图像制导是鱼雷在现代复杂水声对抗战场条件下实现准确目标识别和智能化精确制导的最有效途径。为了实现鱼雷图像化目标识别和精确图像制导,针对鱼雷应用特点,研究了鱼雷利用预成空间密集窄波束实现高方位分辨、同时利用各窄波束宽带信号处理实现高距离分辨的目标声成像方法,提出了鱼雷声成像高频非均匀复合稀疏阵及其波束形成方法,分别给出了宽带信号高距离分辨成像处理方法和基于双阈值分割及模糊聚类的目标声图像优化处理方法,有效实现了空间方位和距离高分辨的鱼雷目标声成像。该方法大大减小了硬件规模,易于工程实现。计算机仿真和水池试验结果表明,该鱼雷目标声成像方法可以有效获取目标声图像,并具有很高的方位和距离分辨能力。     

分布式水下导航、定位、通信一体化系统设计

设计了一套集导航、定位、无线电通信和水声遥控通信功能于一体的大型联合系统。利用试验船上的船载测距仪、海面的无线电遥控浮标、海底应答器阵、无线电基站和显控计算机组成的空间立体网络实现了对水下目标的导航、定位功能,具有三维测量能力;通过无线电通信和水声遥控通信相结合的方法,实现了对海底应答器的远程控制和管理,增大了系统的工作范围;提出一种实用有效的海底应答器阵位测量方法。文中主要介绍了系统的总体设计方案、导航定位原理、水声信号处理方法和试验结果。海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。     

UUV靶场试验非同步水下被动声学跟踪算法

在无人水下航行器（UUV）正式投入使用前,需要一系列的海上考核与验收,传统的合作式目标水下测量方法不利于远距离目标航行轨迹的监测。该文提出了一种新的靶场UUV水下跟踪方法,利用全球定位系统（GPS）确定初位置,并利用UUV上的固定连续声学发射频率信息,采用伪线性Kalm an滤波进行UUV运动状态参量估计,对UUV进行了跟踪,给出了运动状态跟踪算法,并进行了仿真研究,研究结果表明,该方法可以很好地跟踪水下UUV的运动轨迹。     

界面反射对定位系统性能影响及应对策略研究

基于同步式水声定位系，统的定位解算原理，分析了单阵元时延估计误差对系统定位精度的影响。结合水声信道特点，揭示了目标位于不同位置时直达声和海面一次反射声相位差的变化规律；探讨了界面反射对系统定位精度影响的物理机理；并利用“相消干涉”信号前后“边沿”的时延差等于发射信号长度这一信号叠加特征改进常规信号检测器的信号处理逻辑，以提高信号检测能力和时延估计精度，减小多途影响，改善水声定位系统性能。仿真结果验证了该方法的有效性。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

基于凸优化的水下载体定位研究

基于单信标测距的定位方法,是水声定位技术一个新的研究方向,具有重要应用价值。针对单信标测距定位问题最小二乘结构,对高度非凸的测距定位方程首次提出了基于凸优化的解算方法。对带有误差的测距量测方程添加不等式约束条件,将其改写为有约束的解算方程;对目标函数和约束条件进行放射近似,将其进行凸化处理;引入松弛变量和罚函数,降低对迭代初值的敏感度。仿真结果表明：对于不同量级的初值误差,定位结果的差别在厘米量级,所提算法不需要可靠的初值即能迭代收敛得到高精度的定位结果;信标与圆形航迹的圆心距离越近,定位精度越高。通过湖上试验,进一步验证了所提算法的有效性。