使用单水听器定位浅水中的脉冲声源

针对浅海信道的相干多途结构,给出了一种利用单水听器通过估计多途时延差来定位脉冲声源的方法。分析了水底和水面声学特性的差别对反射波相位的影响,利用相位的差别来区分水面反射和水底反射,解决定位方程中声源位置模糊。使用复数域上的凸集投影方法估计信道中的多途幅度衰减和相位变化,其分辨率优于传统匹配滤波器,可以扩展定位方程的应用范围。通过误差传递方程研究了单水听器定位时的误差。对实验数据处理结果表明,这种定位方法在实际浅海环境中是可行的,具有成本低廉,结构简单的优点。     

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。     

基于倒谱的水下目标被动定位方法

介绍了一种基于倒谱对水下目标进行被动定位的方法。利用倒谱法估计出多途信号时延,结合现有的被动定位技术,实现对目标深度和距离的估计。仿真分析了该方法的定位性能,仿真表明该方法可以应用于水雷在多途环境中对目标的被动定位。     

基于时间反转的单水听器被动定位技术研究

对基于时间反转镜的单水听器的被动定位技术原理进行了阐述,并通过数值仿真对其被动定位性能做出了分析。通过分析得知基于单声压水听器的时间反转镜定位方法可准确估计目标的距离与深度。同时对单矢量水听器与单声压水听器的定位性能做了对比,并给出了对比结果。     

矢量水听器在水下滑翔机上的应用研究

水下滑翔机通过改变自身浮力上浮和下潜,借助水动力实现前进滑翔运动,将其用于水中目标长时间、高隐蔽和大范围探测已成为当前研究的热点。通过在现有水下滑翔机平台上集成单个矢量水听器,研制出具有水中目标探测能力的水下声学滑翔机。对矢量水听器和水下滑翔机平台自噪声进行测试,分析了矢量水听器自噪声水平和平台主要噪声源,分析结果对指导滑翔机平台进行减振降噪处理和优化声学系统工作模式具有重要指导意义。利用2018年5月南海某海区水下声学滑翔机试验数据,分析水下声学滑翔机对水面航船目标的探测性能。结果表明,深海良好水文条件下,水下声学滑翔机对航速10 kn的试验船目标最远探测距离大于14 km.     

水听器阵列定位中的时延估计方法研究

针对水下定位过程中时延估计计算量大,难以实时实现的问题,提出了一种适用于水听器阵列水下定位系统的互相关时延估计方法;该方法根据瞬时相干函数的计算结果确定是否更新时延估计值,根据水听器阵列拓扑结构限定最大时延范围减少互相关函数的运算次数,降低了时延估计的计算复杂度;仿真分析验证了所提方法的有效性.     

基于单矢量水听器多途宽带信号的三维定位算法

针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰值分别包含两路径的波达方向信息,而其位置对应两路径之间的时延差。仿真结果表明:当直达波和反射波在时域上重叠时,利用两副峰峰值仍然能够有效估计出直达波波达方向;通过构造"互相关峰锐化函数"锐化两幅峰,在低信噪比情况下可提高多途时延估计精度。最后,以多途时延与直达波波达方向为变量建立方程组,估计目标的距离和深度。该算法的定位精度通过Monte-Carlo仿真进行了分析,并深入讨论了其适用性,湖试结果进一步验证了该算法的可行性。     

影响时反定位性能的几种因素

对基于时间反转镜单水听器被动定位算法进行了深入研究,并通过数值仿真分析了其被动定位性能。通过分析得知基于单声压水听器的时间反转镜定位方法即可准确估计目标的距离与深度,相比传统组阵定位算法有着明显的优势。同时给出了信号的脉宽、频宽、相关处理对定位结果的影响。     

基于双圆锥阵的水下目标被动定位方法

针对目标航行深度未知的水下目标被动定位,提出了基于双圆锥阵列的水下被动定位方法,解决了常规超短基阵无法实现被动目标距离估计的问题。双圆锥阵列是通过上下两个七元圆锥阵组合实现,可完成水下未知航行深度目标的方位角、俯仰角和目标距离的被动估计。仿真证明了该方法的有效性和可行性。     

基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法

为辨识多信标长基线定位系统误差,及提高定位精度,针对目标安装多个信标且目标体积不可忽略的情况,构建了多信标体制的长基线水下定位模型。进一步针对测元系统误差中包含的声速误差、时延误差,在多信标体制定位模型的基础上,构建了多类系统误差辨识模型,并结合水下目标定位过程,计算时延残差,构建模型最优检验统计量,给出了系统误差模型的最优选择准则,实现水下目标位置参数和系统误差参数的有效估计。仿真结果表明,该模型最优选择准则可以有效选择合适的系统误差辨识模型,提高长基线水下目标的定位精度。提出的基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法可为水下目标定位试验提供理论支撑和有效参考。     

潜载被动声呐对空探测技术

直升机或海上巡逻机等发出的噪声,有一部分通过水面传播到水下,因此通过水听器能够获取飞机的噪声特性,如飞机推进系统发出的噪声等。由于飞机所发出的噪声频率一般低于150 Hz,因此拖曳阵声呐(TAS)是探测此类噪声的最佳选择。探讨了自动目标探测、空中和水面/水下目标识别、快速空中目标定位估算以及空中目标分类等。通过仿真,列出了不同方法信号处理的结果 。     

单压差型矢量水听器方位估计的优化研究

针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类（MUSIC）算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型,提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度,且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明,单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能,修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的,且其估计性能优于原MUSIC方法。针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类（MUSIC）算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型,提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度,且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明,单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能,修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的,且其估计性能优于原MUSIC方法。     

基于同态滤波技术的水下目标运动参数估计

针对测量平台空间有限条件下的近场目标运动分析问题,提出了一种基于浅海射线声学多途结构的单水听器水下目标运动分析(TMA)方法。通过构建匀速直线运动目标的三维多途时延模型,推导了以运动参数为变量的直达声和海面一次反射声时延差的非线性函数表达式;根据典型水声信道特征,推导了信道的倒谱表达式,进而利用同态滤波技术解卷积能力估计直达声和海面一次反射声时延差;结合Levenberg-Marquardt方法求解非线性方程的最优解;最后提出二次逼近校正方法,降低了实际水文条件对参数估计的影响。仿真结果证明了方法的正确性,参数估计精度满足实际应用需求。     

基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究

针对对水下大范围工作的水下航行器的定位和跟踪,根据水声测距原理,提出了一种基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪方法。该方法克服了常规长基线定位系统存在校准测量工作量大、工作时间短、仅能实现单水下航行器固定区域定位等缺点。该方法主要是利用安装有同步时钟、GPS和应答器的无人水面船来实现,在时间同步的基础上,由水下航行器发射水声信号,水面船接收到信号后通过声信号传播时延来计算水面船和水下航行器的距离,并结合多个无人水面船利用GPS获得的位置来解算岀水下航行器的绝对位置,从而实现多水下航行器大范围的定位与跟踪。在研究过程中,基于球面交会模型,利用最小二乘方法建立了基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪算法。仿真结果表明,该方法可以较好地实现水下航行器的定位与跟踪。     

基于快速广义互相关时延估计算法的深度测量技术

通过对被动目标深度测量原理进行分析,推导出了目标深度测量的计算方法．为了满足作为被动目标深度测量关键环节的时延估计的高精度要求,研究了快速广义互相关时延估计算法,并通过了仿真试验．试验结果证明了该算法具有良好的实时性,能够得到较高的深度测量精度．     

基于循环相关检测方法的浅水信道多径特性分析

基于浅水信道模型,建立了具有循环平稳性的线性调频信号多径模型,利用龙格库塔方法对本征声线的理论参数值进行计算,用拷贝相关检测方法进行检测.为了对比检测效果,本文基于循环相关检测方法,采用了一种估计循环频率特征的浅水信道多径分析方法,该方法通过在频域估计循环频率的峰数和位置,可以在时域内准确估算浅水通信的多径数和相应的时延,与拷贝相关检测方法相比可以提高检测性能.将试验获得的水声传播参数应用于所建浅水信道多径模型,分别估算出浅水通信试验的信号多径时延特征,检测结果与理论结果相符,本文采用的方法能更加清晰的分辨各峰值与多径时延,很好地估计浅水声通信系统的信道传输多径特性,说明本文算法的有效性和优越性.     

水中动态爆点纯方位定位有效测量距离分析

为解决传统水中动态爆点双曲线定位技术的成本大、测点精度低等问题,提出了利用纯方位测量技术实现水下动态爆点的实时定位方法;介绍了基于矢量水听器技术的纯方位定位原理,根据矢量水听器的特点分析了接收信号信噪比与传播距离的关系和爆炸声在不同传播距离上的声传播损失、接收点的信号声压级,对有效测量距离进行了估算。     

柔性三元垂直线阵在水下目标被动定位中的应用

依据深海洋流状态的数值分析,论证了柔性垂直线阵所处的良好水文环境;通过研究影响定位精度的深度、盐度、温度等主要因素及其相互关系,分析了三元垂直线阵对水下目标的被动定位精度。提出了柔性三元垂直线阵在水下目标被动声定位中的一种应用方法。数值仿真试验表明：在大深度条件下,采用柔性三元垂直线阵的被动声定位方法能够满足目标定位的基本要求,在水下声隐蔽探测技术领域中具有很好的实用前景。     

基于卡尔曼滤波水下弹道测量系统研究

水下弹道测量系统利用多传感器完成对鱼雷、靶标的跟踪定位．针对通常的几何定位方法,其算法复杂且定位精度不高的问题,研究了用于水下弹道测量系统的纯距离目标跟踪定位卡尔曼滤波算法,推导了相应的滤波公式．通过系统的仿真结果表明：该算法在收敛速度和估计精度方面都比较令人满意．     

单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究

为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计.根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计.根据应用中出现的问题,对算法进行改进.计算机仿真结果表明,在无需知道信号先验信息条件下,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信...