相干累加与AR滤波相结合的舰船轴频电场信号处理方法

针对采用电场传感器阵列测量舰船电场的应用场景,为提升目标轴频电场的信噪比,提出一种相干累加结合自回归(autoregressive,AR)模型滤波的方法对阵列电场信号进行处理。对测量得到的阵列电场信号进行时延补偿后累加,同时对环境电场信号进行AR建模,并利用AR模型参数构造滤波器,以对累加后的信号实施滤波处理。为验证所提方法在低信噪比条件下的有效性,对实测阵列式电场信号进行处理,结果表明,所提方法能够在信噪比为-25.39 dB的条件下有效压制噪声频谱,保留轴频线谱,处理后信噪比提高约21.92 dB。

融合声场和电场的舰船轴频特征提取方法研究

轴频声场和轴频电场均与舰船螺旋桨转动密切相关,本文提出将这2种物理场进行融合提取舰船的轴频特征。首先,分别利用DEMON谱分析和功率谱分析方法提取轴频声场和轴频电场的线谱,之后将所提取的线谱进行融合和净化,最后利用最大公约数法提取轴频特征。为验证所提方法的有效性,利用多艘船舶的实测声场和电场数据进行验证。结果表明,同一艘船舶轴频声场和轴频电场的线谱具有一定频率对应关系,将声场和电场的轴频相关线谱进行融合可有效弥补单一物理场存在线谱丢失的情况;融合声场和电场后,舰船轴频估计的准确性和稳定性优于单一物理场。

ARM11嵌入式系统Linux下LCD的驱动设计

对ARM11嵌入式系统Linux下的LCD驱动设计进行了研究,分析了在Framebuffer基础上编写LCD驱动的方法和两种直接读写GPIO的LCD驱动方法,通过测试归纳出3种LCD驱动方法的优缺点。在比较Framebuffer和两种直接读写GPIO的LCD驱动方法优劣的基础上,实现了Framebuffer与直接读写GPIO驱动结合的LCD控制方式。实际应用表明:用该方法控制LCD显示,具有显示速度快、驱动简单、移植性强的优点。

浅海中船舶尾流产生的感应电磁场

为了完善船舶电磁场的特性研究,为船舶水下远程探测和特征信号控制提供参考,利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,得到了浅海中船舶尾流感应电磁场的数学模型,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析。重点分析了尾流感应电磁场的水下特性,结果显示感应电磁场信号在水下具有良好的特性:长波长、低频率,持续时间长,距离越远幅值衰减速度越小,功率谱为线谱,可用于船舶的远程水下探测。海上实测船舶尾流感应电场数据与理论仿真对比表明,实测数据的量级、变化趋势和功率谱均与理论模型的计算结果一致,证明了理论模型的正确性。

金属体在海水中运动产生的感应电场建模

分析了金属体在海水中运动产生感应电场的机理。采用镜像法推导了水下垂直和水平直流电流元在海水中的电场表达式,进一步导出了海水中运动金属体切割地磁场而在海水中产生的感应电场数学模型,并计算分析了运动金属体的感应电场大小及空间分布。仿真计算结果表明,20m长的金属椭球体,以4m/s的航速在水下10m航行时,在水下30m左右感应电场的量级为nV/m,并且该电场在空间分布上有明显的特征。

浅海中水下航行器尾流感应电磁场建模与仿真

为了研究水下航行器探测的新途径,以水下航行器产生的尾流为研究对象,推导建立了水下航行器尾流感应电磁场的浅海数学模型,并利用高斯积分法对数学模型进行了数值求解和实例仿真计算,结果表明,水下航行器尾流感应电磁场具有频率低、远场衰减速度慢、传播距离远、持续时间长的特点,量级可观具有可探测性,可用于对水下航行器的探测。

旋转磁偶极子产生的感应电场研究

为研究船舶磁性螺旋桨旋转产生的感应电场,将其等效为磁偶极子,采用法拉第电磁感应定律,利用环路积分推导出了匀速旋转磁偶极子感应电场的数学模型,仿真分析了旋转磁体感应电场的特性,通过实验证明了计算方法的正确性。实验结果表明:旋转磁体感应电场强度与磁体旋转速度、磁矩的大小呈正比;该电场的频率等于磁体旋转频率,三轴分量相位差分别为π/2 rad和πrad,均与理论分析一致;船舶磁性螺旋桨旋转产生的感应电场是船舶轴频电场的组成部分。完善了轴频电场的产生机理,为船舶轴频电场的检测和控制提供了理论参考。

运动船舶磁性船体产生的感应电场

为了研究运动船舶磁性船体产生的感应电场,以库伦定律和毕奥-沙伐定律等电磁场基本理论为基础,对磁偶极子运动产生的感应电场进行了建模,通过实验证明了分析方法的正确性,解决了以往模型适用范围窄、准确性差的问题;并以磁偶极子感应电场模型为基础,得到了磁性船体的感应电场模型,利用实船的磁场数据进行了实例计算,得出船舶附近感应电场可达1m V/m,达到了可探测水平。

基于舰船电场的目标跟踪方法研究

针对舰船电场跟踪中模型准确度与跟踪模型维度之间的矛盾,以舰船电场点电荷阵列模型为基础,结合舰船电场反演算法,分析点电荷个数、观测点水深对建模精度的影响。明确观测点位置对点电荷数量的最少需求,在保证建模精度的同时降低跟踪滤波器的维度,保证滤波算法的稳定性。设计了舰船电场跟踪渐进更新扩展卡尔曼滤波器,并进行了仿真分析和试验验证。结果表明:用少量点电荷模型代替复杂舰船电场点电荷阵列模型,在舰船电场跟踪中是可行的,具有较高的跟踪精度;渐进更新扩展卡尔曼滤波方法对少量点电荷电场模型,能够有效提高初始误差容错范围,具有很高的滤波稳定性,定位误差在500 m范围内小于10 m,且计算代价较低,适合舰船电场跟踪的工程应用。

船舶尾流感应电场特性研究

用麦克斯韦方程推导了船舶尾流感应电磁场的两层模型计算公式,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析,重点分析了尾流感应电场的水下特性。仿真结果表明:感应电场信号在水下具有频率低、距离越远幅值衰减速度越小、功率谱为线谱的特性,因此可用于船舶的远程水下探测。实测船舶电场数据表明:船舶尾流感应电场是可测的,有明显的低频特性,实测数据的量级和功率谱均与理论模型基本一致,证明了该理论模型的正确性。

基于静态电位差的船舶跟踪算法

为了解决船舶的目标跟踪问题,本文提出了一种基于静态电位差的船舶电场跟踪方法。建立船舶静态电位差跟踪的状态空间模型。引入滤波器组方法解决静态电位差跟踪中先验信息缺失问题,以渐进扩展卡尔曼滤波为基本滤波单元,建立基于船舶静态电位差的观测方程和状态方程,利用最大似然法选择最优跟踪轨迹;引入基于功率谱的静电场检测算法并与跟踪算法相融合,以适应水中兵器的工作实际。仿真结果表明:基于静态电位差的船舶电场跟踪是可行的,且跟踪对方位信息最为敏感。基于静态电位差的船舶电场跟踪相比于静态电位信号和静态电场信号的跟踪对传感器的布设要求低,有利于工程实践。

基于点电荷模型的腐蚀相关静电场快速预测方法研究

针对舰船腐蚀相关静态电场实时预测难的问题,提出了基于点电荷(电极)模型的快速建模方法。对舰船的结构进行合理分区,通过计算混合电位值确定电极的极化状态;在电极极化曲线及电化学系统电流和为0的准则基础上,建立了点电极电位和电流之间的函数关系;利用最小二乘算法计算点电极的电流值,并根据点电荷3层模型下的电位计算方法预测舰船腐蚀相关静态电场;分别利用仿真数据和船模试验数据对所提方法的有效性进行了检验。结果表明,所提方法能够实现对舰船腐蚀相关静态电场进行快速预测。

基于主动式轴接地系统的舰船轴频电场抵消方法

为减小轴频电场信号,基于轴频电场产生的机理对主动式轴接地(active shaft grounding,ASG)系统的原理进行了分析,并自主研制了原理样机,完成了实验室的船模试验。试验验证结果表明:所研制的ASG系统能有效地抑制滑环和碳刷接触电阻变化所引起的轴频电场信号,抵消效果可达90%以上。

磁偶极子跟踪的渐进贝叶斯滤波方法

提出一种新的非线性滤波器应用于磁偶极子目标跟踪问题.建立了跟踪问题的状态空间模型,在此基础上,从高斯矩近似误差的角度分析了现有卡尔曼滤波更新在磁偶极子跟踪中的问题.对此,将贝叶斯更新过程等效为求解连续时间上的渐进贝叶斯问题,在线性高斯条件下推导了其解析解,表明渐进贝叶斯更新可等效为定常系统的Kalman-Bucy滤波器;进一步采用一阶Taylor展开得到非线性近似解表达式,导出一种渐进贝叶斯滤波器,从理论上分析了与现有方法的异同.仿真与实测磁目标跟踪试验结果表明,渐进贝叶斯滤波器具有良好的精度和收敛性,能够有效抑制磁目标跟踪中由于大初始误差导致的性能下降和滤波发散,且计算效率与扩展卡尔曼滤波器相当,适于实际应用.

船舶静态电场跟踪的渐进更新扩展卡尔曼滤波器

为了实现利用船舶静态电场对船舶进行跟踪的目的,针对传统卡尔曼滤波算法中存在的问题,设计一种新的非线性滤波器。建立船舶的状态空间模型,分析传统卡尔曼滤波算法在船舶跟踪中存在的问题;依据渐进贝叶斯思想,利用连续白噪声与离散白噪声序列噪声协方差之间的关系,设计一种新的渐进更新扩展卡尔曼滤波器。仿真结果表明,该滤波器能有效地抑制由于初始误差较大而造成的滤波性能下降和滤波发散,能够有效地跟踪船舶,具有较高的实用价值。

船舶静电场在船舶跟踪定位中的应用

来源于腐蚀防腐电流的船舶静电场具有明显的分布特征,并含有位置信息,可以用来跟踪船舶。论文研究了利用船舶静电场信号对船舶进行跟踪定位的可行性。文中首先建立了船舶运动的状态空间模型,利用点电流法为船舶静电场信号建模,并将船舶等效为点电流阵列;然后分析介绍了4种卡尔曼滤波算法的异同;最后结合Beasy数据,利用仿真对比经典卡尔曼滤波在电场跟踪中的适用性。仿真结果表明,采用船舶静电场信号可以有效地对船舶进行跟踪,具有较好的应用价值;在经典卡尔曼滤波算法中,扩展卡尔曼滤波具有更好的适用性。

基于轴频电场线谱特征的目标检测及识别

为有效地从海洋环境电场信号中检测出舰船轴频电场信号,在对大量实测数据分析的基础上,提出一种基于轴频电场线谱特征的目标检测与识别方法。对接收信号进行傅里叶变换计算频谱图,并对其进行归一化处理以提高其动态范围;采用浮动门限与固定门限相结合的方法对疑似线谱信号进行检测;采用积分累计的方法对疑似线谱特征进行目标确认,并利用长时间积分特征均值实现对目标信号的识别;通过海上实测数据对方法的有效性进行检验。结果表明,该方法能够有效检测到目标信号,并可实现对目标信号的识别分类。

三轴磁强计实时自校正算法

提出一种三轴磁强计的实时自校正算法.通过分析测量误差因素,建立了三轴磁强计输出的参数模型.在此基础上,根据定点地磁场矢量模不变原则建立校正相关参数的非线性状态空间模型,导出了基于扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)求解的校正参数估计算法,并相应给出了易于实现的U-D分解滤波形式.相比离线校正,新算法能够对校正参数进行实时估计,且更易于片上实现.通过数值仿真验证了算法推导的正确性.采用三轴磁强计RM3000进行实测校正试验,验证了算法的有效性,并将结果与离线的TWO-STEP算法进行了对比,得出了相应结论.

新型自适应非高斯接收机设计

为了解决低频非高斯噪声信道下的信号传输问题,提出了一种新型的自适应接收机设计。通过设计马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)算法,并采用训练序列估计信道衰减系数和噪声模型参数,进而对信号进行检测。非高斯噪声模型选用了应用广泛的α稳定分布和高斯分布的混合模型。仿真结果表明:本文设计的自适应接收机能够逼近已知信道参数条件下的最优接收机的性能。

ARM11嵌入式系统实时网络通信和LCD显示的实现

通过对ARM11嵌入式系统Linux下的实时网络通信和LCD显示进行研究,分析了网络通信协议和LCD驱动方式。在ARM11嵌入式系统下设计了直接读写GPIO的LCD显示程序,并实现网络终端服务器和客户端双线程的工作模式,解决了网络通信实时性和可靠性的问题。实际应用表明:该方法LCD显示速度快、网络通信实时性强可靠性好、ARM11和计算机的资源利用率高。