两种多波束系统测深算法的试验研究

介绍了快速能量中心收敛法和方位指示处理法两种多波束测深仪的海底检测和深度、方位估计算法,并对两种方法进行了多波束测深算法试验的设计,实验结果验证了算法的有效性。     

多波束条带测深系统中正交信号的获取技术

本文针对多波束条带测深系统，提出了一种优化的数字希尔伯特（Ｈｉｌｂｅｒｔ）变换方法，来获取幅度和相位严格平衡的正交信号。给出了理论分析过程和实时产生多路正交信号的基于流水线操作的硬件实现结构。湖上实验表明了这种方法的有效性以及工程实现的简单可靠性。     

现代深水多波束测深系统简介

对目前国外深水多波束测深系统的发展状况进行了介绍,以目前世界上最流行的深水多波束测深系统EM120为代表,介绍了其技术特点和性能指标。并且阐述了深水多波束测深系统的发展趋势;     

幅度-相位联合检测法在多波束测深系统中的应用

幅度蛳相位联合检测法是传统多波束测深系统海底检测法的发展方向,它充分利用了幅度和相位信息,能大大扩展测量范围,提高测量精度。文章对该方法的具体应用进行了研究,在确定信号粗略到达时间时采用了一种自动跟踪门方法,同时针对相位检测法实时处理数据运算量大的特点,提出了一种数据压缩与动态滑动平均相结合的数据预处理方法,该方法大大减小了运算量,其有效性通过方差分析进行了验证。数据处理结果表明,采用了自动跟踪门和数据预处理相结合的幅度蛳相位联合检测方法可明显扩展多波束测深系统的条带宽度。     

一种基于横摇稳定的多波束测深方法

针对阵列姿态变化造成深水多波束测深声纳测深误差问题,给出了一种基于横摇稳定的多波束测深方法。其基本思路是利用姿态数据实时地改变接收波束相控角,使得合成波束指向角稳定在较小的变化区间内,确保了波束形成后信号来自有效的波束宽度覆盖范围。通过发射时刻三维姿态和接收时刻横摇姿态解算得出波达时刻对应的合成波束指向角,进行声速修正和归位计算得到最终测深点的深度与位置。MATLAB仿真和实际海试数据处理结果表明,该方法能够获得期望方向附近的海底脚印覆盖并且达到较好的精度。     

海洋工程勘察中多波束测深的应用

随着电子技术、计算机技术．特别是高精度GPS定位技术的完善,多波束技术也得到了迅速发展,并广泛应用于海洋工程勘察中,多波束测深系统的优势也越来越明显。本文首先阐述了多波束测深的工作原理,其次,分析了影响海洋工程勘察中多波束测深精度的因素。同时,就多波束测深在海洋工程勘察中的应用进行了深入的探讨,具有一定的参考价值。     

多波束测深声纳技术研究新进展

多波束测深声纳已成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一。以多波束测深声纳为对象,详细介绍了国内外多波束测深声纳产品的发展情况,重点阐述了代表当前多波束测深声纳发展趋势的超宽覆盖、高分辨、高精度、多功能一体化探测等核心技术的研究进展,最后结合实际的海底地形地貌探测需求,给出了多波束测深声纳技术未来发展的展望。     

姿态稳定的深水多波束测深系统归位模型的误差分析

为了获得高质量的深水多波束测深数据,必须考虑归位计算过程中的误差影响.因此,提出了一种基于姿态稳定的深水多波束测深系统归位模型的误差分析方法.首先,建立发射全姿态稳定、接收横滚姿态稳定的波束归位模型,在此基础上,分析归位过程中的误差分量并推导误差传播公式,最终得到了深水多波束测深系统不确定度的计算模型.实验利用系统的传...     

基于空间平滑的多波束测深声呐相干分布源方位估计

在多波束测深声呐的工作环境中,若海底反向散射信号不满足点源假设,方位估计精度将严重下降,而基于分布源模型的方位估计算法可以适应这种环境。目前,大多数分布源算法要求分布源之间不相干,有人提出采用Toeplitz方法估计相干分布源,但该方法精度不高并且忽略了角度扩展参数。为解决多波束测深声呐相干分布源的方位估计问题,提出了基于空间平滑的广义MUSIC方法,公式推导证明了算法的有效性,通过计算机仿真给出算法方位估计的精度以及不同信噪比条件下的性能,最后采用多波束测深系统的实验数据对算法进行了验证。     

MSB-CAATI算法在多波束测深系统中的应用

计算到达角瞬态成像技术(CAATI)是多角测深侧扫声纳(MSBSS)采用的高分辨方位、幅度联合估计技术。本文将CAATI技术扩展到多波束测深声纳(MBBS),提出了一种新的多子阵波束域CAATI(MSB-CAATI)算法。仿真实验证明了该算法与CAATI技术相比具有更高的估计精度和更低的分辨力门限。海试数据的处理验证了MSB-CAATI能很好地应用到多波束测深系统中,使其兼备了FT(傅氏变换)和CAATI各自的优点,能在整个条带宽度内同时获得高分辨力的海底地形和地貌信息,且不易受到低信噪比和复杂地形环境的影响。     

基于多波束测深声呐的海底气体泄漏实时报警系统

随着人们对海底油气资源的开发,在海底铺设的管道越来越多,海底管道泄漏风险日益增加,亟需高效、实时的检测方法。文章利用自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)平台,搭载多波束测深声呐与基于VxWorks的嵌入式处理单元,设计了一套水下气体泄漏自动检测系统,将多波束测深声呐采集的水体图像数据传送给嵌入式处理单元,采用模板匹配方法对图像数据进行处理,完成对海底管道气体泄漏点的实时检测。湖试和海试都验证了该系统方案的有效性与先进性。     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

多波束测深系统多子阵检测法的改进及其性能分析

多波束测深系统中,相位检测法是实现超宽覆盖测量的关键技术之一。分析了分裂子阵相位检测法和多子阵检测法,并基于对子阵结构的分析,改进了多子阵检测法,给出了多子阵检测法输出信噪比的表达式,讨论了子阵结构对输出信噪比的影响,在理论分析基础上选择了三种子阵结构对海上试验数据进行了处理,验证了分析结果。处理结果表明,在优化参数基础上,多子阵检测法不但可实现多波束测深系统的超宽覆盖,而且可改善系统对海底的检测性能。     

星载分离相位中心方位多波束SAR方位向非均匀采样

星载分离相位中心方位多波束合成孔径雷达可同时实现高分辨率、宽测绘带成像.本文进行进一步分析指出,该技术会产生方位向非均匀采样,并最终可导致虚假目标产生.提出了几种消除方位向非均匀采样影响的算法.通过对各种算法进行比较指出,滤波器组法是最为高效的一种算法.     

基于多小区协作分布式波束选择算法

针对多天线蜂窝系统中小区间干扰带来的性能损失,研究了使用多小区协作波束选择来减少小区间干扰,提出了可在各个小区独立实现的分布式波束选择算法。该算法首先使小区之间相互交换用户的信道状态信息,之后每个小区基于本小区以及邻小区用户的信道状态信息来估计所有用户的信干噪比,最后选择能够最大化信干噪比乘积的波束。分析表明,在两小区模型下该算法的性能接近最优波束选择算法,同时复杂度大大降低。经仿真结果验证,在多天线蜂窝系统中使用分布式波束选择算法,可以在不影响用户公平性的基础上显著提高系统平均速率。     

基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF：Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。     

基于测深侧扫声呐的DOA估计算法研究

针对测深侧扫声呐进行波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计时会受到阵元幅度、相位误差及低信噪比影响的问题,提出一种改进的波束域加权子空间拟合算法。首先,采用总体最小二乘-旋转不变子空间算法进行回波方向预估计;其次,将连续线阵划分为多个子阵,并将各个子阵在预估计方向做加权波束形成;再次,采用加权子空间拟合(Weighted Subspace Fitting, WSF)算法构造代价函数;最后,采用阻尼牛顿法求解得到高精度的DOA估计结果。仿真结果表明,文中所提算法在阵元出现幅度相位误差条件下的角度估计均方误差相对于WSF算法减少了约0.03°。海试数据分析结果表明,文中所提算法的测深点均方误差整体优于WSF算法,其相对测深精度提高了约9.8个百分点。以上分析结果表明,文中所提算法整体优于WSF算法,可以实现在阵元幅度相位误差及低信噪比情况下的高精度DOA估计。     

一种基于累积量的ESPRIT型盲波束形成算法

讨论一种用于非高斯信号源方位估计的盲波束形成算法。假设背景噪声是二阶统计未知的有色(空间相关)高斯噪声,基于“阵元对”模型的ESPRIT方位估计算法可以通过用累积量矩阵取代自相关矩阵完成信号空间的重建。经过这种处理,加性有色高斯噪声可被滤除,因此算法不需要相关噪声矩阵的知识。当加性噪声源是空间相关矩阵未知的有色高斯噪声时,计算机仿真比较了基于累积量的ESPRIT算法与基于二阶统计的ESPRIT算法的性能。     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

基于波束训练的大规模MIMO多用户度调度算法

在毫米波多用户大规模天线阵列多输入多输出(MIMO)系统中,由于使用混合波束形成结构,使得用户调度问题面临新的挑战,调度问题转变为在同一时频资源选择调度用户子集和用户与基站之间通信波束对的问题,需要从用户和波束两个维度来进行考虑。大规模MIMO由于在基站端和用户端使用大量的天线阵列,如果使用穷举搜索算法运算量极大,在实际应用中是不现实的。本文提出了一种基于波束训练的多用户调度方案,该方案分为2步。第1步,由于波束间的干扰大多数来自于相邻波束,因此对相邻波束进行分组,同时根据用户反馈的信干燥比(SINR)最大值的基站波束索引号把相关的用户映射到对应波束组。第2步,为了减小干扰,每个波束组的最小波束索引根据一定的原则来选取调度用户,然后通过基站和用户之间的波束训练选取最接近于SINR门限值的用户波束来进行通信。仿真结果表明,该方案具有逼近最优穷举方案的性能并且具有较低的计算复杂度。