目标探测概率估算模型

本文以主动声纳探测为例,给出了声纳探测的瞬时发现概率的求解模型,但是这种模型只反映出某一次独立探测的情况,却不能反映整个探测过程.为此,我们提出了关联整个探测过程的发现概率模型--累积发现概率.文中重点讨论了"K out of N"和"双亮点假设"两种建模方法,此法对声纳的战术使用和目标跟踪探测具有较大的参考价值.     

DSP预警卫星探测能力评估

为合理评估DSP预警卫星的探测能力,提出了以卫星规定的探测概率,虚警概率、目标首次捕获时间和最低探测高度为指标并对卫星探测过程进行系统建模的仿真评估方法.通过建立卫星与导弹间位置参数模型、导弹目标红外辐射模型、导弹弹道模型、大气背景辐射模型和卫星探测器噪声模型,并结合STK软件构建了DSP预警卫星探测能力仿真评估系统.利用该系统开展仿真研究得出如下结论:在保持天气状况和卫星与导弹间的位置关系不变的前提下,卫星系统规定的探测概率越大或虚警概率越小,DSP预警卫星的可靠性越高,探测能力先减弱后保持不变;在保持卫星规定的探测概率和虚警概率以及卫星与导弹间的位置关系不变的前提下,DSP预警卫星晴天在2.7 μm波段的探测能力比云天强;在保持卫星规定的探测概率和虚警概率以及天气状况不变的前提下,DSP预警卫星对高纬度目标的探测能力比对低纬度目标弱.     

目标探测概率估算模型

本文以主动声纳探测为例,给出了声纳探测的瞬时发现概率的求解模型,但是这种模型只反映出某一次独立探测的情况,但是这种模型只反映出某一次独立探测的情况,却不能反映整个探测过程。为此,我们提出了关联整个探测过程的发现概率模型－累积发现概率。文中重要讨论了“K out of N~和“双亮点假设”两种建模方法,此法对声纳的战术使用和目标跟踪探测具有较大的参考价值。     

被动定向浮标探潜模型研究

反潜战中,被动定向声呐浮标是一种主要的探潜手段,两枚被动定向浮标同时发现目标即可对其进行定位。研究了初始浮标阵中仅有一枚浮标能够发现目标但不能实现定位的情况下,如何通过补投被动定向浮标对目标进行定位的模型问题。根据水下目标和反潜机的运动特点,将实际中所有可能出现的情况进行了分类讨论,建立了被动定向浮标的补投模型。通过仿真分析了模型的探测效能,验证了模型的正确性和可用性,为被动定向浮标的战术使用提供了一定的理论基础。     

基于BELLHOP模型的水下多目标跟踪算法研究

针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density, UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BELLHOP射线声学模型,计算出本征声线、目标信号的幅度、相位及时延信息,以此构造目标回波信号并叠加高斯白噪声。然后,由回波信号计算得到目标相对于观测站的距离、方位角和俯仰角信息,作为目标跟踪系统中的量测信息。最后利用提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法,实现高频主动声呐非线性系统的多目标跟踪。仿真结果表明,在深海高频主动声呐条件下,文章提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法较传统高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density, GM-PHD)方法,明显降低了目标丢失率,并且最优子模式指派统计量(Optimal Sub-Patter Assignment, OSPA)距离也更小,跟踪效果更好。     

探测尾流自导鱼雷主动声呐的波形设计

为了实现对不同速度尾流自导鱼雷的稳定探测,建立尾流自导鱼雷典型弹道模型,对运动平台主动声呐混响和鱼雷目标回波的多普勒特性进行分析。研究结果表明对于探测尾流自导鱼雷的主动声呐来说,当鱼雷速度小于2倍平台速度时目标多普勒较小且不稳定,仅依靠多普勒滤波难以完全避开混响干扰并实现稳定探测。提出使用宽带多普勒敏感信号与CW信号的组合形式来探测尾流自导鱼雷。仿真给出了组合信号的距离、速度分辨力和混响抑制能力,证明了其性能良好。     

一种用于水声运动目标成像的空间散射模型

水声成像过程中为了分析所接收的运动目标回波、理解接收信号的形成机理,提出了一种用于该情况的空间散射模型,并利用此模型仿真了"T"型阵成像声呐接收的回波信号。对信号的分析说明了空间散射模型的正确性。以空间散射模型为基础,利用傅里叶变换波束形成算法对不同条件下的球体目标进行了水声成像,并分析了成像性能。性能分析说明了水声目标大小、距离等因素对成像的影响情况,还特别强调了在运动情况下目标的成像情况。以上工作完成了对"T"型阵水声成像过程的模拟,为成像过程回波信号研究和成像声呐研制提供了理论基础和仿真手段。     

航空声呐仿真系统设计

在充分考虑吊放声呐和声呐浮标系统工作特性的基础上,设计了一套航空声呐仿真系统方案。该系统能够在不同的工作环境下对不同的目标进行仿真,模拟实际环境下吊放声呐和声呐浮标对目标的探测过程。     

水声干扰器干扰效果参数级建模与分析

水声干扰器作为一种水声对抗器材,对声呐具有干扰压制作用。借助声呐方程,针对声呐的主、被动工作方式分别建立了干扰器干扰效果参数级模型,分析计算了探测距离衰减率和压制扇面,最后给出了仿真分析实例。提出的参数级模型分析法是一种快速有效的衡量干扰器对声呐干扰效果的方法,可为干扰器对抗作战策略提供一定指导意义。     

一种主动声呐作用距离指标试验评定方法

针对主动声呐作用距离指标试验评定考核,阐述主动声呐作用距离指标定义,明确主动声呐作用距离是主动声呐满足规定检测概率的作用距离,提出一种主动声呐作用距离指标试验评定方法,即根据主动声呐以重复的单次发射和检测方式工作的特点,首先以滑动窗采样周期的形式检验声呐检测目标的概率,其次规定3次试验航路至少2次达标的标准,以验证基于发现概率的声呐作用距离,进而验证声呐技术规范规定的检测概率,使得海上试验结论可信度高。该评定方法可作为主动声呐作用距离指标评定考核的一种依据,为声呐装备试验、训练提供参考。     

Cumulative detection probabilities and range accuracy of a pulsed Geiger-mode avalanche photodiode laser ranging system

Cumulative pulses detection with appropriate cumulative pulses number and threshold has the ability to improve the detection performance of the pulsed laser ranging system with GM-APD. In this paper, based on Poisson statistics and multi-pulses cumulative process, the cumulative detection probabilities and their influence factors are investigated. With the normalized probability distribution of each time bin, the theoretical model of the range accuracy and precision is established, and the factors limiting the range accuracy and precision are discussed. The results show that the cumulative pulses detection can produce higher target detection probability and lower false alarm probability. However, for a heavy noise level and extremely weak echo intensity, the false alarm suppression performance of the cumulative pulses detection deteriorates quickly. The range accuracy and precision is another important parameter evaluating the detection performance, the echo intensity and pulse width are main influence factors on the range accuracy and precision, and higher range accuracy and precision is acquired with stronger echo intensity and narrower echo pulse width, for 5-ns echo pulse width, when the echo intensity is larger than 10, the range accuracy and precision lower than 7.5 cm can be achieved.     

典型非高斯分布假设下累积和检测方法性能研究

累积和检测方法是根据声呐目标信号出现与消失时概率密度函数（Probability Distribution Function,PDF）的变化进行有效的瞬态信号检测。以非高斯模型t分布假设替代传统的高斯分布方差变化假设作为描述瞬态信号的PDF形式,推导了累积和检验统计量的表达、更新量PDF求取的数值方法,利用快速傅里叶变换法计算了门限和自由度等检测参数。利用仿真的落水信号、船体加速信号和消声水池实验数据进行检验。结果表明,基于t分布假设的累积和方法对瞬态脉冲信号的检测效果优于常规累积和方法,能更快地响应信号变化,更好地抑制背景干扰。     

Detection for high resolution radars

Abstract

In this paper we discuss detection problems for a high resolution radar. Fluctuation in the target radar cross section usually decreases the probability of detection. However, through integration of cells within range profiles of a high resolution radar, variation of the integrated magnitude with respect to the change of carrier frequency and target aspect becomes much smaller, and this is helpful for improving the probability of detection. Two detection algorithms, the cell integration method and the correlation method, for a high resolution radar are proposed, and their detection performances are compared with that obtained by a conventional low resolution radar. Some theoretical formulations are developed. Simulation results show the effectiveness of the proposed algorithms.     

Modeling and Measuring All the Elements of an Ultrasonic Nondestructive Evaluation System I: Modeling Foundations

Abstract

A comprehensive model of an ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) flaw measurement system is developed that combines models for the electrical components (pulser/receiver, cabling), electromechanical components [transducer(s)], and the acoustic/elastic processes present in the materials being inspected, including the scattering of ultrasonic waves from a flaw. This model is called the electroacoustic measurement (EAM) model. Here, in Part I, the underlying modeling foundations of the EAM model are described in detail and the use of the EAM model is demonstrated in a transducer design study. This EAM model provides a new, powerful tool for analyzing virtually any element in the measurement process. In Part II it will be shown that this power can be extended to characterizing typical commercial measurement systems through the use of models and purely electrical measurements of the system components.     

Probabilities of occurrence and detection of damage in airframe materials

The reliability of airworthiness assessment and the effective management of ageing fleets of aircraft depend critically on the quality of tools for predicting damage nucleation and accumulation and its detection, i.e. on the interrelationship between the probabilities of occurrence and detection. To illustrate these interrelationships, a mechanistically based probability approach involving localized pitting corrosion and subsequent fatigue cracking is presented. A probability of detection based on a typical state-of-the-art technique for non-destructive evaluation is used for comparison and probabilistic assessment. The results suggest that the probability of detection is inadequate, and information on damage size should be included as part of an effective airworthiness assurance methodology. An appropriate target for detecting and sizing damage of ≈ 0.10 mm with a probability of detection and a confidence level of at least 90% is suggested, versus the current capability of 1.27 mm at only 50%     

基于滑窗批处理的低检测概率无源定位

针对低检测概率下的无源定位问题,提出一种基于滑窗批处理的多传感器融合跟踪算法.通过将多个低检测概率的无源传感器组网,实现目标信息的空间积累,有效提高目标的检测概率.利用伪线性估计技术将非线性测量转换为伪线性测量,再对多传感器的伪线性测量进行基于滑窗批处理的最小二乘估计,得到目标局部最优解.仿真验证了算法的有效性和分析了参数的影响.结果表明,该算法能大幅提高无源定位系统对目标的检测概率,且能满足系统对跟踪精度及实时性的要求.     

基于模糊概率赋值的新型贝叶斯异常检测模型

提出了一种结合模糊决策与贝叶斯方法的异常检测模型，该模型将系统中与安全相关的事件进行分类，并以模糊隶属度函数的形式给出各类事件发生异常的实时置信度。异常检测系统综合某时刻所有实时概率取值，做出贝叶斯决策。同简单使用阈值方法的贝叶斯入侵检测模型相比，采用了模糊概率赋值的贝叶斯异常检测模型，在提高对问题描述的精确性同时，由于它对多种类型安全相关事件提供支持而具有更好的适应性，可以更全面地对更复杂的系统行为进行建模。     

PVD薄膜传感器裂纹检测概率测定与分析

为利用PVD(physical vapor deposition)薄膜传感器对金属结构裂纹的检测能力进行定量化表征,首先采用正交实验优化后适用于LY12-CZ铝合金的工艺参数,在3组中心孔板实验件上分别制备币状、1mm宽同心双环状、0.5mm宽同心三环状3种不同形状的PVD薄膜传感器。随后,在实验室条件下开展疲劳裂纹在线监测实验,对比分析PVD薄膜传感器电位输出信号和显微镜观测结果。最后,采用改进的裂纹尺寸间隔法和二项分布检测模型绘制PVD薄膜传感器总体与不同形状的裂纹检测概率曲线。PVD薄膜传感器在95%置信水平下,对长度大于0.99mm的裂纹检出概率可达93.56%;相比于币状薄膜传感器,同心环状薄膜传感器对小于0.5mm的裂纹更为敏感,且传感器通道宽度越细,对小尺寸裂纹的检测概率越高。