水下多目标长基线定位仿真研究

介绍了长基线定位系统原理,根据2点距离方程列出了4个浮标阵对应的四元二次方程组,得到了目标位置的解析解;分析了其定位性能,研究了多目标定位算法;通过计算机仿真研究了存在2个目标时的定位结果及影响因素。理论分析与计算机仿真表明:定位算法有较高的定位精度,在数千米区域内定位精度达到10 m左右;定位精度随着信噪比、脉冲宽度、带宽与目标深度的增加而提高。该方法可用于水下合作目标航迹的测量与分析。     

一种四元非典型阵水下超短基线声定位方法

针对水下目标探测与定位的实际需求,从超短基线阵被动声定位的基本理论出发,提出了一种可行的四元非典型阵定位模型.采用广义互相关时延估计算法,设计完成了一套基于DSP的被动声定位硬件系统,验证了算法的正确性.该硬件系统的定位误差小于1°.     

水下五基元空间阵超短基线定位方法

针对水下目标定位时,单平面定位阵存在随俯仰角变化定向精度变化大的问题,提出了水下五基元空间阵超短基线定位方法。该方法利用五基元空间阵中每个正交三元阵分别确定目标方位,并将各正交三元阵定位结果互相修正作为目标的最后定位结果。仿真分析表明俯仰角在80°~100°范围内,采用五基元空间阵超短基线定位方法,z坐标的定位精度比单基阵定位时明显改善,z坐标的相对误差没有出现突变的现象,目标的定位精度相对提高。     

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。     

三点法被动定位误差分析及修正

三点定位法是被动测距的经典方法,但在短基线阵条件下,实际测量的结果往往不理想。为了分析各种误差对测距的影响并提高测距精度,通过理论分析和计算机仿真研究了相同假设条件下基阵孔径、目标方位、安装误差和平台摇摆对三点法测距精度的影响,并讨论了后两者产生误差的补偿和修正方法。研究结果表明:在时延估计精度不变时,基阵的有效孔径与测距精度成反比的关系;欲将30°≤θ≤150°扇面测距误差控制在10%以下,要求时延测量精度控制在微秒量级;中心阵元安装误差对不同方向目标测距精度的影响亦不相同。误差的补偿和修正方法能提高三点法被动定位的测距精度。     

基于空域压缩采样的水声目标DOA估计方法

在空域存在稀疏观测约束条件下,传统的水声目标方位DOA估计方法在水下无人航行器等小型平台的应用中往往精度低或者失效。针对这一问题,提出了一种基于空域压缩采样的水声目标DOA估计方法。该方法通过建立水下目标的空域稀疏模型,对水下目标在空域进行压缩采样,并利用联合稀疏重构实现水下目标的DOA估计。仿真实验表明：与传统方法相比,该方法在较少阵元、较小阵列间隔和较少快拍下估计精度相对提高;而在较低信噪比下估计成功率能够提高50%以上,均方误差也能降低到02°以下。     

基于非等距线阵的水声同步时延差定位算法

针对水声定位系统是水中兵器试验或水声对抗任务所必须的基础测量系统,提出了基于水平非等距线阵定位技术、相关波门修正时延差等技术设计鱼雷水声同步定位系统的快速定位算法,介绍了该算法的工作原理和实时轨迹修正方法。经Matlab仿真对比验证表明该算法正确可行。该非等距线阵定位系统具有布阵灵活、经济可靠等优点,可在更广泛的阵元载体平台上安装使用,为设计鱼雷中远程、短基线或超短基线水声定位系统提供借鉴。     

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．     

声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究

在实际情况下,声矢量阵存在阵元姿态误差。为充分认知阵元姿态误差,分析阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。针对有源校正算法受限于实际的工作环境,提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。该算法通过非线性迭代使目标函数最小化,从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向（DOA）的联合估计。大量计算机仿真结果表明,该自校正算法具有良好的参数估计及快速收敛性能。     

间距可调的小尺度空间十字阵对水下低频声源的被动定向

提出了一种可在水雷上安装的非典型声强向量阵一间距可调的空间十字阵，它由空间正交形状的四个水听器基元组成，通过测量水下声强向量实现小尺度条件下低频声源的高精度被动定向。它的结构简单，安装灵活，便于工程应用。理论上分析了其有限差分误差、相位失配误差以及海洋环境噪声引起的定向误差，计算机仿真实验证明，选择合适的阵元间距，该阵形能达到较高的定向精度。     

基于声矢量阵虚拟扩展的张量MUSIC算法

提出了一种基于声矢量阵虚拟扩展的张量MUSIC算法。在等间距均匀声矢量阵阵元数不变的前提下,多次虚拟扩展阵元间距,形成多个虚拟阵列,利用张量MUSIC算法求得这些虚拟阵列对应的空间谱,利用对这些空间谱求平均的方法来抑制栅瓣。仿真结果验证了所提算法对抑制栅瓣的有效性。与张量MUSIC算法的仿真比较结果显示:对于单目标,该算法有更高的估计精度与分辨率;对于角度相距较近的双目标,该算法有更高的分辨率。     

T2-R型多基地声纳定位精度研究

建立一种T²-R型多基地声纳定位的几何模型,提出利用时间-方位信息进行目标定位（MTBL)算法,并给出算法定位误差的几何分布。通过数值仿真,重点研究了基线长度、声源配置和测量误差对算法定位精度的影响,并对其他影响因素也作了定性分析。仿真分析结果表明：随着基线长度增加,大部分区域定位精度提高;在一定的声源配置方式下,算法精度对时间测量误差比较敏感,而方位测量误差对定位精度影响较小;合理进行声源配置,可以提高探测区域的平均定位精度。该研究为T²-R型多基地声纳的水下定位提供了理论依据。     

兵器实验场炮弹爆炸点被动声定位系统的技术研究及误差分析

文中设计了一种六元十字阵被动声定位系统，该系统可以实现对空中及地面目标的被动声定位。讨论了阵列元间距、时间测量精度等因素对定位性能的影响，并进行了仿真。仿真结果表明．该系统消除了目标方位变化对测距和测向精度的影响，具有较好的测距和测向能力。     

基于最优模糊的均匀圆阵干涉仪测向算法

相位干涉仪测角算法机理简单、运算量小,被广泛应用于被动雷达测向系统中。然而当目标频率较高或者天线间距较大时,容易出现相位模糊,造成相位干涉仪测向失败。可利用阵元相互组合形成多组干涉仪基线,通过寻找最优模糊数得到来波方向。以均匀八元圆阵为例,对算法进行静态和动态仿真实验,结果表明该算法可以对来波方向不大于40°的目标进行跟踪。     

基于线性最小二乘估计的双基地声纳定位优化算法

针对双基地声纳系统存在冗余信息的问题,基于线性最小二乘估计理论提出了一种定位优化算法,建立了T/R？R型声纳系统水下定位的数学模型。通过MATLAB软件的仿真分析,给出了影响该算法性能的各个因素,并与传统TOL算法进行了对比。仿真结果表明,采用线性最小二乘估计算法能更好地利用系统测量的冗余信息,显著提高双基地声纳基线区和侧边区的定位精度。该算法具有受基线长度和站址误差影响小等优点,是一种具有工程应用价值的双基地声纳定位算法。本文的研究可为多基地声纳定位优化问题的研究提供理论基础。     

基于动态学习策略多群体粒子群的消磁站水下磁传感器位置校正方法

消磁站海底敷设磁传感器是舰艇磁场测量的主要形式之一，水下磁传感器的位置偏差直接影响着舰艇磁场的测量精度和防护能力评估。针对现有方法难以准确定位消磁站水下磁传感器的问题，提出一种基于动态学习策略多群体粒子群的消磁站水下磁传感器位置校正方法。该方法首先将通电载流线圈等效成磁偶极子磁源，再通过线性多重计量方法改变磁源与磁传感器的相对位置以获取多组磁传感器磁场测量数据，据此建立水下磁传感器位置校正模型，并采用动态学习策略多群体粒子群优化算法优化求得位置偏差矢量，从而实现水下磁传感器位置的高精度校正。在综合分析磁偶极子等效误差等主要影响因素的基础上，设计了数值模拟实验和物理缩比模型实验，结果表明：该方法可有效解决消磁站水下磁传感器的位置校正问题，校正后x轴、y轴和z轴三个方向的位置误差均小于0.1 m。经过校正后的消磁站磁场测量精度可以满足舰艇磁场测量要求，该方法可以对消磁站位置安装偏差不大于0.3 m的水下磁传感器完成校正工作，具有较好的实用价值。     

基于自适应Notch滤波器的矢量阵多目标分辨研究

为解决水下小平台上的多目标分辨问题,提出了一种基于自适应Notch滤波器的矢量阵波束形成方法.给出了矢量阵自适应Notch滤波器波束形成原理与波束图分析,利用自适应Notch滤波器的频率选择与矢量阵空间指向性,实现了多个目标的检测与分辨.理论分析与计算机仿真表明,该方法的多目标分辨性能优于矢量阵常规波束形成方法.     

基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法

针对传统波达方向角估计算法采样数据量大导致较大计算复杂度的问题,提出了基于波束域的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法。该算法首先基于压缩感知理论对空域稀疏信号进行压缩采样,并将压缩信号从阵元域映射至波束域,进而构造出新的波束域接收信号,而后使用多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解算法实现信号的波达方向估计。仿真实验表明,与传统的Capon及MUSIC算法相比,所提算法可对相干信号进行有效DOA估计,具有较高角度分辨力和估计精度;与基于阵元域的正则化聚焦求解算法相比,所提算法具有较低计算复杂度。     

一种任意空间结构阵列的有源校准方法

提出了一种对任意空间结构非平面阵列的有源校准方法,该方法可利用已知校准信源估计阵元位置、增益和相位误差,且估计阵列参数时不使用迭代计算,因此不存在收敛问题。但该方法需要利用校准信源的四个不同波达方向(DOA)的信息来校准阵列。论文仿真计算结果表明,该方法可提高多目标高分辨方位估计方法的分辨率和估计精度。     

基于水下运动平台的磁性目标跟踪与特征反演

传统的磁梯度张量定位方法大多基于单磁偶极子模型,对具有一定尺度的目标存在定位精度不足的问题,而且易受环境噪声以及测量精度的影响,尤其是在偶极子特征平面上,微小的扰动或者观测精度不足就会导致定位结果发生较大的偏差。针对上述问题,基于多个偶极子的组合模型,结合具有鲁棒性的无迹卡尔曼滤波算法,提出一种针对尺度磁性目标的磁梯度跟踪方法。该方法能够有效提高磁性尺度目标的定位精度,特别当出现异常观测时仍然可以准确定位目标。以水雷或者水下未爆弹等目标的识别为例,根据鲁棒无迹卡尔曼算法得到的偶极子分布状态,结合主成分分析算法的数学含义,设计了一种可以准确反演目标的主尺度特征以及结构特征的目标尺度反演算法。该算法可识别目标主尺度为线结构或者面结构,对目标主尺度反演误差小于0.3 m,对目标主尺度方向的反演误差小于2°,可为目标种类判别提供参考。