船载式水声定位系统信号处理改进算法研究

针对船载式水声定位系统的特点,在座底式等常规水声定位系统信号处理算法的基础上,对船载式系统可能出现的声脉冲叠加现象进行仿真分析,证明常规算法存在丢失数据的可能性,并且常规算法对声信号幅度变换较快的情况难以适应。提出一种并行实时数字信号处理算法,允许每块数据拥有不同的属性,并采用数据匹配方法进行后置冗余处理,获得有效数据。经过湖上跑船试验证明,该算法具有更高的检测率,并能提高跟踪轨迹的平滑性和真实性,具有较高的工程应用价值。     

激光铺层定位系统校准技术的研究

激光铺层定位系统是复合材料铺贴过程控制中重要的测量设备,本文介绍了对激光铺层定位系统的精度和CDS工装校准方法,这种方法有效的保证了其对产品测量的准确性,对提高产品检验质量起到了有力的保障,对公司管件质量控制有着重要意义。     

水声测试定位系统

本文描述了水声测试定位系统的工作原理,包括同步信号的收发原理。另外还描述了系统小船装置部分声波的发生和测频的实现,以及大船装置部分的换能器功放、信号调理和GPIB总线接口的实现。     

水声定位系统数据采集单元设计

分析了水声定位系统的原理和功能。根据系统需求分析,设计了一种用于水声定位系统的数据采集单元（Data Acquisition Unit,DAU）。首先设计出数据采集单元的硬件结构,以高性能、低功耗DSP芯片TMS320vc5502为核心处理器,模数转换器采用高性能A/D采样芯片AD7864,并且配备了与PC机的通讯接口。然后制定了整个系统的程序流程,并成功的在TI DSP编译环境CCS（Code Composer Studio）完成了程序的编写、调试,最后成功通过了整体测试,系统达到了预期定位精度。     

短基线水声定位系统的后置处理

用卡尔曼滤波器作为后置处理的基本手段,结合简单而有效的预处理,实现了对水下目标运动轨迹的平滑估计,改进了靶场跟踪系统的性能。湖上和海上实验结果表明,该方法使同步式定位系统的定位精度得到明显改善。     

超短基线声学定位系统的校准技术研究

超短基线声学定位系统的应用开发和技术研究在现代海洋科学调查中起着重要作用。在安装超短基线定位系统进行水下声学定位测量过程中,很难保证换能器中心与测量船重心之间三坐标轴完全重合,即存在系统偏差,这些是导致超短基线系统定位误差的一个重要原因,必须对其进行校准。将GPS与水下声学定位系统有效结合起来,应用空间测距交会的方法确定水下应答器坐标位置,通过不同坐标系之间的转换关系,精确求出换能器与测量船之间的系统偏差,完成声学定位系统的安装校准。现场实例表明,该校准方法简单、快捷、有效。     

仪器非线性自动校准系统

本文提出了一种修正测量数据的方法，分析了仪器非线性自动校准系统的补偿机理，给出了校准系统的特性函数。     

水声换能器大功率特性校准装置的研究

本文介绍了一种在大功率下校准水声换能器特性的装置。中文对装置的原理、构成、测量结果比对和装置的不确定度分析进行了详细的说明，并介绍了通过硬件和软件成功实现信号的Prony相干采样，以及富有特色的宽大功率发射系统。     

声速不均匀修正对水声定位系统测距精度的影响

已知动目标水声定位系统的定位误差由测距误差决定。在高精度水声定位系统中测距误差常为0.01m量级。这类系统对于由声速不均匀和声线弯曲引入的斜距误差常采用(全程)平均声速修正,但这种修正仍保留了一定的剩余误差,对此应予认真考虑。为修正声速不均匀和声线弯曲,本文提出采用数值计算二分法解超越方程,按一定精度计算斜距的方法。 实例计算表明,本文的计算方法与程序均正确;要使声速不均匀和声线弯曲计算满足高精度测距要求(小于0.01m),方程根的精度应取为E_p=10~(-4)(°)。对大量不同声速分布斜距的计算表明,当斜距较大时,在进行平均声速修正后保留的剩余误差远大于测距误差。本法可满足高精度定位要求,但有一定的计算量。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

座底式长基线水声跟踪系统校阵方法研究

为了解决座底式长基线水声跟踪系统的高效校阵问题,结合工程项目实际提出一种智能化分组并行校阵方法。该方法利用水下基阵布阵施工时获得的水声及差分全球定位系统(Differential Global Positioning System,DGPS)测量数据为基准,在校阵试验中采用多个水下基阵分组并行校阵的快捷方式,根据自动反馈的测量数据进行校阵误差收敛测量,当满足事先设定的校准误差后,获得水下基阵的精确位置信息,同时完成多个水下基阵的阵型校准。最后,在某水域采用跑船试验的方式进行验证。长基线系统测量的船只航行轨迹与DGPS轨迹重合性好,证明该方法具有智能化程度高、测量精度高、测阵效率及经济性好等优点,具有较高的军事及民用价值。     

声学多普勒测速仪标校技术研究

为了提高声学多普勒测速仪输出速度的准确度,安装过程中测速基阵与载体之间的偏差角不可忽略,安装偏差角包括航向偏角,横摇角及纵摇角三类。介绍了一种三维空间上的多普勒标定技术,通过高精度的GPS导航仪以及多普勒测速仪对海底测速,利用速度比值差校准航偏角。通过纵向剖面的几何关系,从航偏角出发进而获得纵摇角和横摇角的大小,完成了三维方向上多普勒测速仪的校准,使多普勒测速仪坐标系与载体坐标系能够进行精确转换,从而提高了声学多普勒测速仪输出速度的准确度。外场试验较好地证明了该方法的有效性,分析结论看出在二维平面上,造成误差的原因主要在于安装偏角的航向偏角,而在三维空间上,尤其垂向速度,误差主要由纵摇角和横摇角产生。该方法可以快速地对三维安装偏角进行校准,运算量小,并且在对海水测速后续研究中可以形成一套体系。     

水声定位系统在海洋工程中的应用

以海洋资源的勘探与开发为主要目的的大洋勘探、海洋开发以及海洋工程中,广泛需要声学定位系统提供水下定位服务。以水声定位技术与系统为关注对象,介绍了水声定位系统的国内外现状、技术发展趋势,以及水声定位系统在海洋油气开发、海底矿石开采、未来海洋空间站以及海底打捞、勘探等作业中的应用需求,并对影响水声定位系统性能的因素进行了分析总结。     

基于正交频分复用的水声通信系统仿真

为了克服由信号的多途传输引起的码间干扰,通过仿真探讨了MQAM-OFDM通信系统在15公里距离的多径衰落水声信道中系统可靠性、有效性及抗多径能力。仿真结果表明,它具有较强的抗多径干扰能力,适当选择不同的编码交织、调制方式可以实现系统的多速率有效传输,在现代水声通信中应具有很好的发展前景。     

DS-SS在水声跟踪定位系统中的性能分析

传统的水声跟踪定位系统使用单频脉冲信号（Continuous Wave,CW）。CW信号系统容易实现,但却存在很多缺点：对多径干扰敏感、无法多址、无法解决距离分辨力与作用距离之间的矛盾、保密性差等。扩频技术（Spread Spectrum,SS）能够克服CW信号系统的缺点,在通信中有着广泛的应用。在浅水区域,直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum,DS-SS）是更适合于水声信道的扩频技术。讨论了一种直接序列系统模型,并仿真了这种模型的抗多途干扰性能、多用户性能、抗单频干扰性能。仿真结果显示此模型性能优良,实用性强。     

一种信标水声定位的改进扩展卡尔曼滤波算法

水声测距误差通常偏离高斯分布,纯距离扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)定位跟踪算法误差较大。在将测距噪声分为高斯分量和非高斯缓变分量的基础上,提出了一种改进的扩展卡尔曼滤波EKF算法(Improved Extended Kalman Filter,IEKF)和初值选取方法。利用仿真实验和湖试对IEKF算法进行了验证,结果表明IEKF算法能够对测距偏差进行跟踪补偿,定位精度明显优于常规EKF算法。     

Pattern时延差编码水声定位的时延估计研究

基于Pattern时延编码体制,针对水下超短基线定位系统设计了呼叫信号的正、负调频时延编码结构,并提出利用二次互相关技术进行时延估计。该方法在一定程度上能够提高呼叫方的可检测信噪比,同时在复杂环境下对信道中包括直达波在内的多径信号能量进行累加,能够准确地完成峰值检测,进而达到提高时延估计精度的目的。海试实验结果表明二次相关法在不同信噪比条件下能有效地抑制界面反射产生的多径干扰。     

水声通信系统性能评估方法研究

水声通信系统性能主要受水声信道和通信体制影响,通常采取海洋水声试验的手段进行性能测试,但这需要进行多次不同信道条件下的试验才能得出正确的评估结论,难度较大且成本较高。因此,建立准确的水声通信系统性能评估模型和评估方法,对于通信系统设计及性能预测显得尤为重要。从水声信道模型开始分析,结合水声通信特点,讨论了典型水声通信接收机结构,提出了一种通用水声通信系统性能评估模型和方法,并针对采用QPSK调制的通信系统性能进行了评估,结果与海试数据较为接近。