基于最优四基阵的被动式声源定位估计

针对现有被动式声源定位算法测量精度低、适用范围小等问题,提出了一种基于最优四基阵的被动式声源定位估计方法。该方法通过构建最优四基阵阵列结构以实现多阵元点共用,旨在使用较少的阵元总量实现对目标声源的融合定位估计,从而提高定位精度。并就该阵列模型确定空间目标定位方程组,将求解位置坐标问题转换为求解阵元点之间时延差值问题。进而采用二次分数低阶协方差算法求解脉冲噪声环境下的相应阵元间时延差值,即求得阵元信号的自分数低阶协方差和两阵元间信号的互分数低阶协方差之后,再次计算二者的互分数低阶协方差,以期更大程度上抑制脉冲噪声的影响,提高时延差值估计精度;最终将求得的时延估计信息带回定位方程组已实现对空间声源的定位估计。通过数值仿真和实测实验验证了所提方法的可行性及阵列结构的优越性。在实测实验中对声源定位估计误差仅为0.085 1 m,表明所提方法能较高精度的实现脉冲噪声环境下的声源定位,拓展了被动式声源定位算法的应用场景,具有一定的实际应用价值。

一种圆柱形基阵阵元灵敏度原位校准方法

针对声呐基阵实船安装后阵元接收性能受艏端内声散射干扰及导流罩透声性能差异影响,实际接收性能难以准确校准的问题,提出基于标准水声源比较法的圆柱形基阵阵元灵敏度原位校准方法。首先对校准原理及所涉及的圆弧距离修正法和循环叠加平均法进行分析,并以某圆柱形声呐基阵为对象,设计并开展了湖上验证试验,对试验数据进行计算分析,结果表明基于标准水声源比较法能够准确获取基阵阵元接收灵敏度性能及阵元间灵敏度一致性,研究工作可为声呐装备实船交付后的性能校准提供一种思路,完善对声呐装备的计量保障能力。

分布式基阵联合定位算法仿真分析

在诸多水中目标定位的方法中,相对于纯方位目标定位与跟踪算法计算量大、实时性差、定位和估计精度不高的不足,多基阵联合定位系统具有较强的抗干扰能力和生存能力。基于此,文中提出了一种适用于水声网络的分布式基阵联合定位方法,分别给出了Jacobi迭代法、三角重心法和最小二乘法等算法的仿真计算模型,比较分析了3种不同定位方法在不同基阵数和分布态势下的定位仿真性能。仿真结果表明,基于三基阵的Jacobi迭代法定位精度和收敛性要优于其他2种算法。最后,根据应用情况提出了适合分布式基阵联合定位的阵型、基阵数以及阵间距等参数,以期提高对目标的定位性能和网络生存能力,为多基阵目标定位的工程应用提供参考。

多波束声基阵模块防冰冲击设计

文章针对极地使用需求,提出一种声基阵模块的防冰冲击设计,该设计采用“软-硬-韧”3层材料复合成抗撞击的防冰层,通过抗冲击仿真计算和冲击试验得出防冰层具有良好的抗冲击和隔振能力,可解决声基阵模块表面抗碎冰冲击的问题。通过透声性能估算和模块声性能测试得出防冰层具有良好的透声性能,各角度斜入射条件下对模块灵敏度的影响可控制在2~3 dB范围内,满足系统指标要求。同时防冰层采用一体化成型技术与声基阵模块制成一体,实现工艺简单,具备较好的应用前景。

多基阵联合的无源纯方位目标运动分析研究

研究基于两声呐基阵的方位数据融合的目标运动分析方法，给出了伪线性处理、扩展卡尔曼滤波、最大似然估计等算法的模型，进行了仿真实验，比较和分析了仿真结果。计算结果表明，所给出的多基阵联合的无源纯方位目标运动分析方法，不仅克服了单基阵纯方位目标运动分析需要本舰机动的限制，而且提高了参数估计算法的稳定性和全局性。

舰载猎雷声纳基阵动力学特性研究

研究动基座上捷联式猎雷声纳基阵的动力学特性。首先给出声纳基阵的动力学模型。考虑声纳基阵的三轴框架结构特点及猎雷艇这一动基座的存在 ,着重对声纳基阵的动力学特性进行深入的分析和研究 ,揭示出其时变、非线性、强耦合的动力学特性 ,同时指出惯量矩阵的特殊性质。计算机仿真结果表明了理论分析的正确性。分析结果对于掌握系统本质 ,设计高精度。

用多子阵空间互相关矩阵估计合成孔径声呐基阵速度

受接收子阵长度的影响,单纯依靠重叠相位中心的合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)基阵速度估计方法的精度较低。为此,提出一种利用多子阵空间互相关矩阵的方法以提高速度估计精度。通过SAS多子阵回波数据构造空间互相关矩阵(Spatial Mutual Correlation Matrix,SMCM),利用Radon变换和SMCM系数分布精确估计重叠相位中心对直线(Line of Displaced Phase Center Pairs,LDPCP)参数,并利用重叠相位中心对速度关系式估计SAS基阵速度。对高低频SAS试验数据应用的结果表明:该方法可有效地消除接收子阵长度的影响,将基阵速度估计的精度提高3～5倍,满足高频和低频SAS系统成像的要求。

水声基阵设计中的噪声场数值模拟及其应用

研究了在水声基阵设计中用数值模拟产生海洋环境噪声场的方法及其在水声基阵最佳加权系数和最佳阵增益设计仿真中的应用。计算模拟结果表明该方法实用而且有效。

多基阵声测被动定位及定位精度分析

提出了一种多阵声测被动定位方法并给出了其性能分析。该方法采用单个阵估计声源方位和阵与阵间相应传声器时延的方法进行声源定位 ,充分利用多阵之间信号的相干特性 ;研究了在不同的阵间信号相干系数下的声源定位及定位精度的克拉美 -罗下界。仿真表明 :利用阵间相干信息的定位方法 ,其定位精度明显优于不利用阵间相干信息的方法 ;既使相干系数很小 ,也可明显地改善定位精度。

六元探测基阵被动声定位算法及其性能研究

通过对目前常用的空间声目标定位方法的分析,针对四元平面方阵定距精度差的问题,提出了立体六元探测基阵的传感器布置方案,即在四元平面方阵的基础上,增加两个声传感器。根据被动声定位原理推导了定位算法,分析了时延估计误差对定位精度的影响,并进行了数字仿真实验,与四元平面方阵相比取得了较好的定位效果。

阵元间互辐射对基阵指向性的影响研究及试验

针对常规基阵指向性图计算并未考虑阵元间互辐射阻抗影响这一不足,修正了常规基阵指向性图计算公式。将阵元间的互辐射阻抗引入到水声基阵的辐射声场计算中,并依据叠加原理得到包含阵元间互辐射阻抗的基阵指向性图计算修正公式。15元均匀线列阵和5×5均匀平面阵的计算机仿真和消声水池试验结果表明,该修正公式相比于常规公式更能反映基阵指向性图的真实情况。

多基阵无源声测定位算法的研究与仿真

对直升机等低空飞行目标的无源声测定位与跟踪是声学监视系统的重要研究内容。对多基阵低空飞行目标的无源声测定位方法进行了研究,并导出了定位算法和定位误差。理论分析和仿真实验表明,利用单基阵的方位和俯仰角进行多基阵融合定位时,无源声测定位系统有较高的定位精度,而且布阵形式对定位精度有一定的影响。该研究成果可直接用于对空中运动目标,如无人机等目标的无源声测定位。

小尺度水下航行体远程低频自导中的动态合成基阵参数优化

针对实际海洋传播介质非均匀性对海洋声场时间和空间相关性影响情况 ,研究了在不同时间 -空间相关性的海洋介质中 ,用于水下航行体远程低频自导的动态合成基阵其阵元数量、合成阵元间距等因素对基阵增益的影响 .结合海水介质时空相关性的理论和试验结果 ,讨论了动态合成基阵的合成基阵数量、基阵间距等参数的优化选择问题 .

相控阵多普勒计程仪声基阵输出信号模型

相控阵多普勒计程仪具有基阵体积小,无需进行声速补偿等优点。本文在讨论相控阵多普勒计程仪原理的基础上,推导了速度解算公式,验证出公式与声速无关,进而推导出声基阵的输出信号模型,利用此模型便可模拟相控阵的输出信号。

圆环形声基阵低频超增益性能研究

对均匀噪声场中基阵超增益波束形成的权向量及阵增益进行了推导。以小尺度圆环形基阵为例，对位于空间均匀噪声场中的水听器阵作超增益处理及线谱和宽带被动检测方法进行了计算机仿真。对所述基阵超增益波束形成和常规波束形成的方向性图和空间增益进行了比较。通过仿真脸证了超增益方法的正确性，超增益波束形成可以获得比常规波束形成更窄的波束宽度和更高的空间增益。由于超增益阵具有尺度小、空间增益高的特点，对于改进低频被动声纳的检测性能具有重要的意义。

猎雷声纳基阵运动姿态估计与控制研究

对猎雷声纳基阵运动姿态的估计与控制进行了研究 ,为简化系统结构 ,提高系统可靠性及控制效果 ,提供了理论依据 ;采用LQ逆设计方法进行了状态反馈系统设计 ,并对由状态观测器与LQ控制器构成的LQOB闭环系统进行了数字仿真 ,得到令人满意的结果 ,为工程实用化奠定了基础 .

小基阵高精度时延估计方法研究

根据声测被动定位对声学基阵提出的要求 ,给出了当基阵尺寸较小的情况下 ,影响声测被动定位精度的关键因素。同时分析了多种广义互相关时延估计方法的性能 ,并用实测的直升机声场数据进行了实验仿真研究。结果表明 ,采用广义互相关方法 ,能有效地提高小基阵声测被动定位的时延估计精度 ,其精度比常规方法高出 2倍以上。

接收基阵垂直指向性引起的附加声传播损失

具有垂直方向指向性的接收基阵对入射声波有方向加权效应。本文在该类基阵声纳方程的基 础上，导出了附加声传播损失的具体表式，讨论了深度－声速梯度对附加传播损失的影响。最后给出 负声速梯度条件下的算例，计算结果与海上试验吻合较好。

基于多阵元基阵的超短基线声定位方法

传统超短基线声定位系统的基阵尺寸较小,无法实现对远距离目标的准确定位,进而成为超短基线定位系统在水声导航领域进一步被广泛应用的瓶颈。为此,文中探讨了采用多阵元基阵定位方法来提高系统的定位精度,并通过计算机仿真证明了该方法的可行性。

基于虚拟阵元设计的稀疏基阵的水下正视声学成像

成像帧速率低、系统复杂是声学传感器基阵水下正视声学成像方法存在的主要问题.提出一种基于稀疏传感器基阵成像的方法,能提高成像速率和降低系统复杂性.该方法通过虚拟阵元技术优化设计2-D稀疏传感器基阵,并采用发射基阵同步发射编码信号和接收基阵同步接收回波信号的收发方案.仿真结果表明:与多子阵成像方法比较,该方法能够减少系统的复杂性和保证成像质量.