非合作水声脉冲信号的单水听器匹配场定位研究

该文以非合作水声脉冲信号为对象,研究非合作条件下水声信号的单水听器匹配场定位。首先根据水声脉冲信号的短时瞬态非平稳特性,设计具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行频率估计。然后利用声场传播模型计算声场,求解海洋信道脉冲响应。由计算出的信道脉冲响应和水听器上的接收信号,使用时域最小二乘的方法得到搜索网格区域上的拷贝场信号。最后通过建立误差代价函数,获得表征目标位置的模糊表面,实现利用单个水听器对非合作水声脉冲信号的匹配场定位。通过仿真实验和实际海试数据的验证,证明了该方法的有效性。     

一种主动匹配场定位方法与仿真

分析了主动匹配场定位的必要性,提出了主动匹配场定位的方法。介绍了该方法的基本原理,对方法实现中的主要问题进行了讨论。基于简正波模型,利用KRAKEN程序计算出主动匹配场的拷贝场向量,根据主动定位的信号特点设计了主动匹配场处理器。利用现有的声场模型产生仿真数据,对该定位方法进行了计算机模拟仿真,仿真结果表明,本方法在复杂海洋环境下可以确定较远距离的目标反射体的位置。最后指出了主动匹配场技术的应用前景。     

一种稀疏重建的多基地雷达多目标定位算法

采用距离和信息的多基地雷达多目标投影定位算法中,距离向脉冲压缩后分辨率降低,需要已知空间中目标个数.针对此问题,提出了一种稀疏重建的多基地雷达多目标定位方法.该方法利用多个接收机中目标稀疏度相同的特点,通过构造平均重构残余误差变化率和平均散射系数变化率作为正交匹配追踪(OMP)算法迭代终止判定条件,自适应地终止OMP算法的同时获得稀疏重建信号以及信号稀疏度的估计值,提高了距离向分辨率,获得了对空间中目标个数的估计.仿真实验表明所提算法有效抑制了距离向主瓣展宽和旁瓣串扰,提高了距离向分辨率.同时,所提算法在不同噪声环境下能准确估计空间中目标个数并提取其空间位置,实现对空间中目标的准确定位.     

一种Wi-Fi地下空间二维位置指纹差值定位算法

针对长轴性地下空间的环境特点,为解决定位漂移和失配问题,提出一种二维位置指纹差值匹配定位算法。文章算法相比较于经典的KNN匹配算法在定位精度和消除不同测量时间带来的失配问题上有着明显的优越性,具有实际的应用价值。     

一种新的基于二阶统计量的室内定位方法

为了解决复杂室内环境下的近场源定位问题,利用室内小型天线阵列,提出一种近场多径模型下的协方差矩阵匹配及信号子空间匹配定位方法,较好地解决了传统近场源定位算法中无法解决的多径传播问题。一方面,该方法改善了室内定位环境中由于模型失配引起的定位性能恶化问题;另一方面,它也为近场多径环境下的目标定位提供了一种新的解决思路。仿真结果表明,该算法不仅在定位精度上有了较大改善,而且在定位成功概率方面具有较大优势。     

基于垂直声强流的水中目标深度分类方法

现有的基于声场干涉结构特征的目标深度分类方法的频率适用范围有限,仅适用于目标线谱频率激发前2阶简正波的情况。针对上述问题,该文提出基于匹配场处理的目标深度分类算法,该算法将垂直复声强无功分量作为匹配量进行目标深度的匹配估计,利用目标深度的粗略估计结果辅助进行目标深度的二元分类。算法适用于线谱频率激发前3阶简正波的情况,有效拓展了算法的频率适用范围。仿真结果验证了算法的可行性和稳健性。该文分析了环境失配情况对算法性能的影响。所提算法具有较高的准确性和稳健性。     

基于垂直声强流的水中目标深度分类方法

现有的基于声场干涉结构特征的目标深度分类方法的频率适用范围有限,仅适用于目标线谱频率激发前2阶简正波的情况.针对上述问题,该文提出基于匹配场处理的目标深度分类算法,该算法将垂直复声强无功分量作为匹配量进行目标深度的匹配估计,利用目标深度的粗略估计结果辅助进行目标深度的二元分类.算法适用于线谱频率激发前3阶简正波的情况,有效拓展了算法的频率适用范围.仿真结果验证了算法的可行性和稳健性.该文分析了环境失配情况对算法性能的影响.所提算法具有较高的准确性和稳健性.     

改进的变误差宽度变阶数LMS算法

针对自适应滤波器阶数失配问题,提出一种改进的变误差宽度分数阶变阶数LMS算法。该算法中误差宽度函数参数选择不受噪声先验知识的限制,并给出参数选择的依据。对提出的算法分别在高噪声、低噪声以及变化的噪声环境下进行仿真分析,仿真结果表明,该算法在未知系统噪声大小或大小变化的噪声环境能够应用,并且具有良好的性能,尤其在高噪声环境下能够获得较快的阶数收敛速度和较小的稳态误差,因此该算法的应用场合更加广泛。     

一种基于MUSIC算法的匹配场定位方法

匹配场处理器是匹配场声源定位的一个重要环节,目前的匹配处理器旁瓣较高,多目标分辨率较低,MUSIC算法是一种具有高分辨率的阵列信号测向方法,它在信号DOA估计中得到广泛应用。本文根据MUSIC算法原理设计了基于MUSIC算法的匹配场处理器,并利用该处理器进行匹配场声源定位。计算机仿真结果表明,此方法有效地抑制了旁瓣,同时定位分辨率也比常规处理器的高。     

抑制非直达波误差的高阶矩方法

加权线性最小二乘定位算法在直达波传播条件下具有良好的定位性能,但是,在测量误差是非直达波传播导致的非对称分布时,常规的处理方法因为未考虑测量误差的高阶矩信息,仍存在进一步改善的余地.本文提出了一种抑制非直达波测量误差的高阶矩算法,目前常用的测距定位算法仅是该算法在直达波传播环境中的特例.仿真实验表明,该方法能够较明显的抑制恶劣的非直达波传播环境对测距定位性能的不良影响.     

基于声矢量场处理的海洋内波预警监测技术

目前的海洋内波检测技术在实际应用中误差大,受海洋环境影响显著,且无法自主识别.针对这一问题,文中提出了一种基于矢量场处理的海洋内波预警的监测方法.该方法基于声压和质点振速联合信息处理,利用超低频矢量水听器拾取的声场三维信息,可在复杂的海洋背景噪声场中根据方位估计算法对非协作目标进行时-空-频三维跟踪与锁定.内波的到来引...     

深海直达声区水下声源距离深度联合估计

深海直达声区声场存在明显的多途结构,可用于水下声源被动定位。本文根据一次南海实验获取的数据,研究基于双水听器接收信号互相关函数和单水听器接收信号自相关函数的水下声源距离深度联合估计方法。首先假设声源深度位于50m~300m之间,根据双水听器互相关函数提取直达波到达时间差估计水下声源距离,然后根据距离估计结果以及单水听器自相关函数提取的直达波与海面反射波时延差估计水下声源深度,最后计算声源深度估计结果的平均值再与双水听器互相关函数结合得到更为精确的距离估计结果。结果表明,采用此方法估计的水平距离相对误差在10.5%以内,声源深度相对误差小于13.3%。      

一种适用于北极双轴声道的改进压缩匹配场定位算法研究

北极水域信道特殊,匹配场处理作为一类可结合环境信息进行信号处理的目标定位方法,在模型匹配时可以准确估计出声源位置,但存在环境变化复杂且信息了解少的问题,导致模型很难完全匹配,从而出现位置估计不准确的问题。该文提出建立一种改进的压缩匹配场模型,并基于相位归一化原理对稀疏模型进行优化,利用归一化阵元域信息进行匹配,以消除声源频谱的影响,提高压缩匹配场的定位准确度。仿真结果表明,改进后方法比改进前方法的定位准确率更高;试验数据处理表明,单快拍下改进后方法比改进前方法在目标位置估计上误差更小,比常规匹配场方法的分辨率更高。     

基于激光超声的钛合金裂纹合成孔径组合成像研究

针对钛合金内部疲劳裂纹激光超声成像问题,提出了一种基于合成孔径聚焦技术的多模式组合成像方法。采用扫描激光源法,通过提取不同探测位置的时域模式回波信号,根据B-scan图中反射纵波与反射横波的幅值分布,将裂纹回波时域特征进行分区重组,对其进行反演聚焦完成了对内部裂纹的识别及图像重构。使用COMSOL Multiphysics对钛合金板材内部裂纹成像过程进行数值模拟并通过MATLAB图像算法验证了其可行性。与单一模式波成像相比,采用反射纵波与反射横波组合的成像方法有效减少了伪像,实现了对内部裂纹的定位及图像重构,重构裂纹位置X轴与Y轴相对误差均在3%以内。     

Estimation accuracy of P wave and QRS complex occurrence times in the ECG: The accuracy for simplified theoretical and computer simulated waveforms

One of the main points of interest in the study of the dynamic behaviour of ECG time intervals is the accuracy with which characteristic moments can be estimated in the various waveform segments such as the P wave or QRS complex. In this study, the error involved in such estimation is regarded as due to the superposition of various types of disturbances (noise, hum and fluctuations in amplitude and symmetry) on a supposedly ideal ECG waveform. The effect of these disturbances on estimation accuracy is investigated for three estimation methods (peak estimation, double level estimation and matched filter estimation) by two different approaches; one based on use of a highly simplified theoretical model permitting the derivation of mathematical expressions for the estimation error, and one involving computer-aided simulation of ECG waveforms, based on real ECG data, with various types of disturbances on the basis of recorded ECG data. Both approaches indicate that noise and hum make the main contribution to estimation error, and that matched filter estimation is likely to give best estimation accuracy for both P waves and QRS complexes.     

A Physically Constrained Maximum-Likelihood Method for Snapshot-Deficient Adaptive Array Processing

This paper presents a physically constrained maximum-likelihood (PCML) method for spatial covariance matrix and power spectral density estimation as a reduced-rank adaptive array processing algorithm. The physical constraints of propagating energy imposed by the wave equation and the statistical nature of the snapshots are exploited to estimate the ldquotruerdquo maximum-likelihood covariance matrix that is full rank and physically realizable. The resultant matrix may then be used in adaptive processing for interference cancellation and improved power estimation in nonstationary environments where the amount of available data is limited. Minimum variance distortionless response (MVDR) power estimates are computed for a given environment at different levels of snapshot support using the PCML method and several other reduced-rank techniques. The MVDR power estimates from the PCML method are shown to have less bias and lower standard deviation at a given level of snapshot support than any of the other reduced-rank methods used. Furthermore, the estimated power spectral density from the PCML method is shown to offer better low-level source detection than the MVDR power estimates.     

高斯条件下基于粒子滤波的声源定位

介绍了粒子滤波的基本思想和具体算法实现步骤,并将粒子滤波算法应用在声源定位中,解决了在高斯噪声环境下的声源定位问题。所提出的基于粒子滤波的声源定位方法,在高斯噪声情况下,甚至在低信噪比（SNR〈-20dB）情况下,定位的均方根误差RMSE值均小于0．2m。     

匹配场处理分布式多阵水下目标三维定位方法

针对水下目标定位问题,提出一种基于匹配场处理的分布式多阵列三维定位方法。首先,各分布式阵列节点采用非相干线性匹配场处理算法,独立对同一个目标进行深度和距离估计,然后对各节点的目标估计结果进行协同定位处理,采用线性最小二乘算法对水平方位定位结果进行修正,以各节点的目标定位深度均值作为目标深度估计。海上试验数据验证表明,所提出方法可有效地实现水下目标三维定位。     

Wave field singularity aspects in large-size scatterers and inverseproblems

It is known that any scattered wave field carrying energy into infinity must have source singularity centers within a bounded space. Otherwise, the scattered field should be identically equal to zero everywhere (Kupradze 1935). In this paper, attention is paid to localization of these singularities under the assumption that every scattered wave is determined uniquely by its own singularities. Investigations have shown that these singularities are distributed as "bright centers" and the distance between them depends on frequency. To determine the position (localization) of the scattered wave field singularities, the functions describing converging and diverging waves are used. Based on these concepts and the method of auxiliary sources, an efficient numerical method to reconstruct a field up to its singularities is suggested. The localization of singularities is used for partial representation of the scattered fields, which reduces significantly the number of unknowns in describing the scattering process and leading into optimized inverse scattering problem solutions