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。     

基于加权-改进MUSIC算法的相干信号波达方向估计

针对传统波达方向估计算法对相干信号失效的问题,提出了基于加权-改进多信号分类法(MUSIC)的波达方向估计算法。该算法首先对接收数据协方差矩阵进行重构,进而构造出新的噪声子空间,再根据特征值大小对噪声子空间特征向量进行加权,完成对相干信号的波达方向估计。仿真分析表明,算法成功地完成了对相干信号的波达方向估计。     

采用矢量水听器线列阵的二维波达估计

提出了采用矢量水听器线列阵的二维波达估计方法。采用非等距稀疏直线阵,阵元之间的间距任意,不受半波长的限制.每个阵元（矢量水听器）由两至三个空间共点且轴向垂直的振速水听器和一个声压水听器构成。阵列流形可以被划分为几个子阵阵列流形,子阵之间的旋转因子与目标信号的方向余弦有关,而与阵元的间距无关。基于ESPRIT的思想,采用并行TLS矩阵束方法实现对目标信号的方向余弦的估计和自动配对,从而实现二维波达估计。计算机仿真实验结果证明了该方法的有效性。     

浅海声信道中的声纳脉冲传播多途效应

多途效应是水声信号传播的重要现象,对声纳信号的检测与参数估计有较大影响;利用简正波理论,对声纳脉冲在浅海传播过程中的多途效应进行理论分析,结合信号处理理论,给出了接收信号波形计算方法,仿真计算了浅海等温层、负梯度以及负跃层3种典型传播条件下的信道频率响应函数和声纳脉冲信号波形,分析了声速剖面类型、收发深度、接收距离以及海底底质等因素对脉冲声传播多途效应的影响。     

界面反射对定位系统性能影响及应对策略研究

基于同步式水声定位系,统的定位解算原理,分析了单阵元时延估计误差对系统定位精度的影响。结合水声信道特点,揭示了目标位于不同位置时直达声和海面一次反射声相位差的变化规律;探讨了界面反射对系统定位精度影响的物理机理;并利用“相消干涉”信号前后“边沿”的时延差等于发射信号长度这一信号叠加特征改进常规信号检测器的信号处理逻辑,以提高信号检测能力和时延估计精度,减小多途影响,改善水声定位系统性能。仿真结果验证了该方法的有效性。     

传统火炮声测定位的革新——我国新研制的自动判读系统

火炮声测定位是通过测量火炮发射的声波到达几个被精确定位的声传感器的相对时间差,来确定火炮位置的,传统火炮声测定位的信号识别、时差测定及炮位测算全由人工进行,存在着速度慢、多门火炮射击时定位困难和无法与现代化炮兵射击指挥系统接口的缺点。我国     

一种基于量测伪距的EKF移动长基线AUV协同导航方法

在移动长基线(MLBL)定位中,由于水声信号在水中传播速度较慢,以及被定位AUV的白身运动,导致AUV与不同浮标的距离是在不同时间不同位置测量产生的,所以应用移动长基线会产生一定的时间延迟定位误差.本文针对该定位误差,提出了一种基于量测伪距的EKF移动长基线时间延迟算法,该算法利用扩展Kalman滤波,通过对AUV的位置状态的前推,重构了系统的量测方程,实现了量测方程同系统的量测量在时间上的一致性,有效地解决了时间延迟产生的误差.理论分析与仿真结果均表明,该方法可以显著提高导航定位精度.     

虚拟迭代时间反转镜被动选择聚焦技术研究

克服水下多途干扰,在噪声背景中实现多目标被动定位是声纳信号处理的主要功能之一。本文提出了利用矢量阵的迭代时间反转镜被动选择聚焦方法。利用虚拟迭代时间反转镜(D ITRM)可综合多途信息,对信号进行时间、空间被动聚焦的同时,在信道输出总能量强的目标处实现选择性聚焦。声矢量水听器阵与D ITRM结合可提高算法的处理增益。对矢量阵D ITRM选择聚焦原理进行了理论分析,仿真结果表明了所提算法的正确性和工程适用性。     

基于相关峰插值的五元十字阵被动声定位算法

针对基于传统时延估计方法的被动声定位算法精度提高受时延估计精度限制的问题,提出基于相关峰插值方法的被动声定位算法。该算法能改善 FFT变换带来的栅栏效应,根据声音信号的传播特性对信号低频频谱进行细化从而提高时延估计精度。通过计算机仿真和外场实验对比分析了基于互相关方法和基于FICP方法的被动声定位算法在五元十字阵系统中的定位精度。结果表明,基于 FICP 方法的被动声定位算法能够较好地对声源目标进行定位,且算法定位精度优于基于互相关方法的定位算法,具有较强的实际应用性。     

声定位系统中的弹道波信号分析及弹道矢量计算

轻武器射击点的声定位系统中,准确获取弹道波信号、枪口冲击波信号的时间特征值是实现精确定位的关键.根据空气动力学原理,在阐述超音速弹丸的弹道(激)波特性的基础上,通过详细分析实测的声信号,提出了弹道波信号和枪口冲击波信号的小波分解和重构方法,提取了利用正四面体探测基阵进行声源定位和弹道矢量计算的特征参数,获得了满意的实验结果.另外还研究了利用正四面体探测基阵确定射击点空间位置坐标和弹道矢量的计算方法.     

基于TDOA定位的目标运动状态获取方法

针对传统定位系统和测速仪不能同时提供动目标的位置、速度和方位的问题,提出了一种基于到达时间差定位技术的动目标跟踪的速度和方位等状态信息获取方法。该方法利用动目标连续定位位置及目标发出信号的时间间隔,得到动目标的速度和方位信息,仿真数据分析结果表明了该方法的有效性。     

运动靶标激波检靶定位模型

为提高运动靶标的激波检靶定位精度,对定位模型和求解算法进行研究.采用几何方法推导弹丸激波到达传声器阵列时间的模型,通过非线性最小二乘法求解弹丸飞行速度、命中坐标、入射角等参数.利用该模型进行仿真,分析靶标速度误差、激波到达时间误差和弹丸速度等对检靶精度的影响.结果表明:忽略快速运动靶标的速度会带来较大检靶定位误差,必须在激波检靶建模求解时考虑靶标运动速度.     

基于辐射源频域和空域信息的无源定位算法及其可观测性分析

为了克服无源时差定位系统中存在的模糊问题以及纠正传统的扩展卡尔曼滤波算法的病态特征,文中提出了一种测量目标辐射源到达方向和多普勒频率信息的修正协方差扩展卡尔曼滤波算法。同时,分析得到了该模型定位可观测的充要条件。计算机仿真结果证明了上述方法的正确性。     

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。     

波达方向估计算法的性能分析与仿真

波达方向估计是利用天线阵元对空间信源的来波方向进行估计.在二维平面,将来波方向和阵列法线的夹角定义为波达方向,由此定义阵列信号处理的基本数学模型.采用非参数化方法估计波达方向,包括Bartlett、Capon、MUSIC等方法.对其仿真表明,在估计精确度方面MUSIC法最好,Capon法次之,Bartlett法最差.     

信号传播速度未知下水下多基地声纳定位算法

针对水下多基地声纳定位系统中声波信号传播速度未知的情况,以到达时间差为系统观测量,提出一种基于误差约束等式的联合估计声波信号传播速度和目标源位置的闭式解定位算法.算法需要分两步进行.第1步通过引入辅助变量,将非线性观测方程转化为伪线性方程进行处理,求得目标源位置以及信号传播速度的初始估计解;第2步根据初始估计解的估计误...     

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。     

球谐域传播算子快速声定向算法

为了在低信噪比情况下宽带声源可以获得较好的波达方向（DOA)估计并且降低运算量,将正交传播算子算法推广应用于球谐域。在建立球阵列声场模型基础上,提出两种基于球谐传播算子定向算法,即使用球傅里叶变换成分获得传播算子的算法和使用球傅里叶变换成分的交叉谱矩阵获得传播算子的算法。分析了不同半径的球阵列频率适应范围,解决了宽带声源频率适应性问题;比较分析了上述两种算法和球谐域多重信号分类算法在不同信噪比下的DOA估计性能,进行声源定向实验并测试3种算法的DOA估计用时。实验结果表明,两种算法均具有运算量小、花费时间少且定向准确的特点。     

双谱幂次水下检测空中高速运动声源方法

提出一种水下检测空中高速运动声源的方法。采用波数积分方法对空气中运动声源激发的水下声场进行建模,仿真分析了水下接收信号的时域波形。并利用信号的时频域临近连续性和高阶谱抑制高斯噪声的特点,以信号的双谱替换DFT得到双谱幂次检测器,利用该检测器在高斯背景下检测空中声源水下噪声。仿真和实测数据处理结果表明,所提出的方法切实可行。     

基于短时傅立叶变换的鱼雷自导信号参数实时估计及应用

采用商用成熟（COTS）技术途径开发军用设备是一个重要发展方向。该文提出了COTS产品在声靶系统对鱼雷自导信号参数实时估计中的应用方案,采用短时傅立叶变换（STFT）实现对鱼雷自导信号脉冲载频、脉冲到达时刻、脉冲宽度和脉冲问隔的实时估计。在鱼雷自导信号参数高精度估计的基础上,利用中频直接采样有效减小了信号处理的数据量。通过工业D／A板试验证明,该应用方案达到了设计功能和性能指标要求,并且降低了开发成本,缩短了项目的开发周期,保证了应用的灵活性和二次开发性。