一种基于方位-TDOA估计的脉冲声源被动定位算法

针对水下运动脉冲信号的探测问题,研究了一种基于方位-TDOA(到达时间差)估计的被动定位算法。该算法测量目标的方位角和信号到达的时间差,通过卡尔曼滤波算法,实现对水下运动脉冲源的参数估计。结合脉冲信号的特征,论文给出了方位-TDOA卡尔曼滤波递推公式。仿真分析表明,该算法能通过平面阵实现对水下未知深度脉冲声源定位。     

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。     

基于组合特征的水下三维目标检测跟踪算法

针对三维成像声呐水下人工目标检测跟踪困难的问题，提出一种基于组合特征的水下三维目标检测跟踪方法。该算法利用声图的强度和距离等分布信息，根据目标出现前后声图能量的变化，利用背景差分的方法提取核函数，并在二维声图相关匹配的基础上，通过关联由前后帧图像的Hu不变矩、目标质心和目标距离组成的组合几何特征，实现二维向三维映射的人工目标检测与跟踪。湖试数据处理结果显示，新算法的跟踪性能提升了约7.15%,消耗时间相比传统方法减少了约60%,验证了算法的有效性。     

一种改进的水下运动目标远航程导航定位方法

当前水下运动目标定位主要采用船载水听器基阵-声信标跟踪定位方法和船拖水听器基阵-声信标跟踪定位方法,但这两种方法存在跟踪定位精度较低、实施难度大以及设备维护修理困难等问题。基于此,提出了采用水下目标加装光纤陀螺仪-差分全球定位系统(DGPS)组合制导技术,以实时测量、记录水下目标的航行姿态、航行速度和位置坐标,通过编码把目标的位置坐标数据实时转换为同步水声多频多脉冲时延编码信号发射,利用船拖水听器测量水声多频多脉冲时延编码信号,通过船载基站实时解算,从而实现指引测控船完成远航程水下目标的实时跟踪、定位、监测任务。试验结果表明,该方法可有效实现对远航程水下目标的跟踪定位和实时监测。     

对称三角调频脉冲压缩信号模糊函数

模糊函数是分析引信信号并进行波形设计的重要工具.利用模糊函数的定义,推导出对称三角波线性调频脉冲压缩(STFMPC)信号的模糊函数及其距离、速度自相关函数.通过计算机仿真,结果表明该信号是多普勒敏感信号,其模糊函数为在原点的1个尖峰和4个以尖峰为公共轴的有一定厚度的对称直角三角板.通过与锯齿调频脉冲压缩(SFMPC)信号-3 dB模糊度图的比较,得出对称三角波线性调频脉冲压缩信号比锯齿调频脉冲压缩信号具有更强的抗干扰能力和更高的分辨力,且可以消除多目标环境中运动目标的距离速度耦合现象.     

基于二维DFT变换的调频引信信号处理方法

针对无线电调频引信信号处理难以对目标距离-速度信息进行联合估计,提出了基于二维DFT(离散傅里叶变换)变换的调频引信信号处理方法。该方法把无线电调频引信的一维差频信号变换为二维矩阵,然后对二维矩阵数据进行二维DFT变换。通过二维DFT变换后的二维频域信息联合估计差频信号中的距离,速度信息。仿真试验表明,该方法能够利用无线电调频引信差频信号进行运动目标距离-速度联合估计,为无线电调频引信实现高精度分档装定,干扰信号识别提供了一种技术途径。     

基于几何精度衰减因子的单站无源定位精度分析方法

基于固定单站测量到达时差(TDOA)是一种有效的无源定位方法。针对现有文献缺乏对该方法定位精度的分析研究,提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精度分析方法。该方法首先提取影响TDOA定位精度的测量因子;然后分别以这些因子作为输入变量,根据GDOP,得到相对定位误差与影响定位结果的参数测量误差之间的变化关系以及可观测区域;最后再确定能否满足具体工程项目的定位精度和定位稳定性标准。仿真实验结果表明:该定位精度分析方法能够全面地评估方向到达时差(TDOA)的应用价值。通过该精度分析方法的验证,测量TDOA的固定单站无源定位方法具备较高的实用价值。     

基于沿海声层析技术的水下目标探测技术

针对难以对水下目标进行快速有效探测的难题,利用声层析的方法观测域内的水下目标尾流分布及其随 时间演变过程,通过流场变化以实现对水下目标的探测。通过沿海声层析(coastal acoustic tomography,CAT)5 站声 同步传输观测试验,获得双向声传播时间数据,进行流场分布反演;利用3 维反演方法观测得到自主式水下潜器 (autonomous underwater vehicle,AUV)潜航所在深度的水平流场演变过程,反演结果与直接计算的路径平均流速基 本吻合;实验过程中,鱼雷型水下机器人经过后流场产生明显波动,声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler velocity profiler,ADCP)与CAT 观测结果分别为1.57, 1.43 m/s。结果表明：利用CAT 方法在小尺度区域内观测探测AUV 目 标取得的成功,为后续的观测实验打下了基础。     

基于水下运动目标流场信息的仿生探测原理

鱼类侧线器官利用水介质的流动信息进行环境感知与探测,该原理为水下探测技术提供了新的发展方向。基于鱼类侧线的仿生探测原理,研究以运动目标绕流场为信息源的目标探测原理问题,建立了球头圆柱体绕流的仿真分析模型,结合势流理论分析和仿真规律分析,初步揭示了水中运动体目标特性与运动体绕流场特征参量之间的关联规律,即通过对曲线峰值、谷值、斜率的计算获得了与运动体速度、长度、半径、观测点信息相对应的特征参量,探索了利用水下运动体绕流场信息进行目标探测的可行性。     

变尺度正交基函数分解对异常信号的探测方法

针对现有的正交基函数(OBF)分解对水下目标磁异常信号的检测,需要知道目标与探测路线上CPA点的距离R_0,而实际探测过程中对目标的先验信息掌握有限,所以无法准确知道距离R_0的问题。文中基于标准正交基函数分解的方法,通过对其基函数的改造,提出了变尺度正交基函数(VSOBF)分解的方法。该方法能够在检测过程中对距离R_0进行估计,并利用梯度上升法提高了计算速度、精度。仿真验证表明,在R_0=300 m情况下,R_(0est)的绝对误差在50 m范围内的概率为93%,并且该检测算法能够在-10 dB的信噪幅度比下较好地检测出磁异常信号。     

一种混响中高速运动目标检测方法

水下主动探测不可避免的受到混响的干扰,运动目标在匀加速运动时,单频发射脉冲的回波信号经过距离压缩后可视为一个线性调频(LFM)信号,根据这些特点,利用分数阶傅立叶变换(FRFT)对LFM信号进行能量聚集性,并将4阶累积量作为后置处理算子抑制混响,研究了基于分数阶傅立叶变换的4阶累积量切片算法(FRFT-FOMCS),检测了混响中的高速运动目标,对实测混响数据和LFM信号进行了仿真,结果表明,该算法能够在混响背景中有效地检测和识别运动目标回波.     

一种获取载机尾后目标运动信息的方法研究

越肩发射需要载机提供尾后目标的运动信息,包括方位、距离和速度等。提出利用机载雷达告警接收机测量到的目标方位信息,根据扩展Kalman滤波理论,对目标的其它运动信息进行实时估计。仿真结果表明。该方法能够满足常规导引方法的基本要求,但滤波收敛速度仍需进一步提高。     

基于UKF航迹滤波的干扰目标智能识别算法研究

针对雷达导引头末制导阶段抗干扰技术,建立了典型的距离-速度拖引干扰模型,采用无迹卡尔曼滤波(UKF),研究了基于速度、加速度、过载等指标的干扰目标智能识别技术。首先建立距离-速度拖引干扰模型,通过引入弹目相对距离、径向速度、高低角与方位角建立了系统跟踪模型。其次,给出了基于UKF实现目标跟踪与识别的滤波框架。在此基础上,以径向速度、径向加速度、角加速度与过载为评价指标,建立了目标智能识别指标体系。最后,通过典型的目标运动模型(目标跃升),对目标施加的四次距离-速度拖引干扰(两次前拖、两次后拖)进行目标识别。仿真结果表明,利用UKF滤波信息能够有效实现对距离-速度拖引干扰下的干扰和目标智能识别,仿真结果验证了该识别方法的可行性与有效性。     

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。     

利用两次最大似然估计的单站外辐射源时差定位算法

针对多站外辐射源定位系统复杂度高问题,提出了一种单站外辐射时差(TDOA)定位算法。该算法利用两次最大似然估计算法分步解相关得到目标的精确位置。仿真结果表明,时差误差较小时,估计的均方误差(MSE)接近CRLB,随着目标远离观测站,定位误差随之增大,目标距离地面的高度越低,z轴的估计误差越大。该方法利用单站接收目标的多个信号时差信息进行定位,能够克服多站定位中时间同步困难等问题。     

基于分数阶傅里叶变换水下目标距离及速度的联合估计

针对分数阶傅里叶变换(FRFT)在主动探测系统中应用问题,本文研究了基于FRFT的水下目标距离和速度的联合估计方法及其敏感性能.给出了线性调频信号的FRFT,揭示了真实信号参数与离散计算时归一化参数之间的关系,推导了脉冲信号的FRFT.在此基础上提出并推导了基于FRFT的目标距离/速度与回波信号FRFT的峰值所在位置的...     

基于收敛方差跟踪的水下目标运动分析

水下目标的被动跟踪由于隐蔽性好, 有着很强的需求背景。本文提出了基于收敛方差跟踪的水下目标运动分析算法, 由于采用方位频率Kalman滤波, 可以得到速度渐近无偏估计, 利用速度估计值对目标位置初值进行线性估计, 进而估计目标运动状态, 采用该方法可以有效消除直接应用伪线性Kalman滤波算法引起的初值偏差, 仿真结果表明, 该方法对目标运动要素具有良好的估计性能。     

一种运动目标距离象的速度补偿方法

分析了步进频率雷达中目标运动对目标一维距离象的影响，得到了正确成像所需的速度补偿精度公式，提出了通过两步法进行速度补偿的方案。该方案首先用时域相关的方法粗估计出目标运动速度，进行补偿后再通过最优搜索的方法得到目标精确的速度估计。仿真结果表明该方法在较低的信噪比下，能够得到准确的速度参数，获得高质量的运动目标距离象。     

水下目标声图像分块自适应降噪方法

通过对水下目标声图像机理及统计特性的分析,提出了分块自适应的降噪方法。设置适当的区域图像方差阈值将水下声图像划分信息区及非信息区。在信息区,制成图像序列经过表面波(Surfacelet)变换三维去噪;在非信息区,进行非下采样轮廓波变换去噪。结果表明:去噪后图像峰值信噪比大幅度提高,具有较高分辨率的基础上细节信息也得到保护。此方法不仅充分利用了像素点间的相关性等声图像统计特性,又利用了2种变换的移不变性,去噪后声图像为进一步的图像分割、识别工作提供了必要的前提条件。     

基于改进Huber估计的水下尺度目标参数估计

尺度目标参数是水下声自导武器近程进行弹道机动和垂直命中攻击的关键参数,有效估计尺度目标的特征参数对保证水下声自导武器作战毁伤效果至关重要.本文利用水下声自导武器检测得到的尺度目标多亮点信息对目标尺度参数进行估计,然而目标不同反射部位的反射能力不同,对应的多亮点检测信噪比存在差异,直接利用最小二乘拟合进行尺度参数估计可能会造成较大的估计误差.基于Huber稳健M估计原理,通过分析对Huber估计进行了改进,该方法利用亮点强度和拟合误差计算迭代拟合权值矩阵,通过拟合误差剔除可能存在的干扰亮点,能对目标长度、走向角、等效点进行有效估计.仿真分析和实航试验结果均表明,该方法具有稳健的收敛性能,能有效剔除干扰点,具有较强的抗干扰能力和较高的参数估计精度.