幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响

体积阵是一种由多个水听器组成的立体阵列,能够增大潜标接收基阵的孔径,获得较大的空间增益,工程中多将其制作成具有收合、展开功能的阵列应用于低频吊放声呐。由于各水听器通道内器件参数和幅度增益不一致,体积阵的每个阵元接收到的信号之间存在幅相误差。文中通过建立存在幅相误差时的双圆环体积阵模型,从统计学角度分析了幅相误差对其协方差矩阵、最小方差无畸变(MVDR)波束形成器的输出信噪比(SNR)、阵增益以及方位估计精度的影响。计算机仿真结果表明,阵列幅相误差的存在会导致MVDR波束形成器的输出SNR和阵增益降低;对于相位误差而言,当输入SNR在-5 dB以上时,这种影响随输入SNR的增大越来越明显;对于幅度误差而言,当输入SNR在-10 dB以上时,幅度误差对MVDR波束形成器的输出SNR和阵增益的影响会更显著;并且,相比于幅度误差,MVDR波束形成的方位估计精度对相位误差更加敏感。

定位浮标在波浪中的动态响应

定位浮标是为满足水下蛙人部队定位要求而设计的。定位浮标的升沉和横摇运动对海水中换能器阵的水声定位精度影响较大 ,而使定位浮标产生这两种振荡的主要激励源是波浪。在不考虑流和风对浮标作用的前提下 ,以规则波作为激励源 ,研究了定位浮标在波浪激励下的两种运动模型 ,然后用计算机对横摇和升沉运动模型进行了仿真 ,最后从运动模型出发提出了减少浮标振幅的有效办法 。

步长随输入信噪比变化的LMS算法

介绍了归一化最小均方误差(LMS)算法,分析了它在平稳环境噪声下步长不能自动调整的弊端。然后提出了步长随输入信噪比变化的LMS算法,分析了步长调整规律。根据该算法在噪声抵消的起始阶段收敛性能差并可能出现发散的现象,对该算法进行了修正,即在起始阶段采用归一化LMS算法,之后利用步长随信噪比变化的LMS算法。通过对语音信号的消噪仿真,表明修正的步长随输入信噪比变化的LMS算法收敛性能好,输出信号的信噪比有了较大的提高。

水声多径时延的自适应参数估计

从浅海声信道的特性出发 ,研究水下声信道的多径时延 ,提出自适应模型 ,给出水声信道自适应模拟的方法 ,以达到对水声多径信道的计算机模拟。模型的建立适合于自适应算法 ,较为简洁 ,在保证估计精度的情况下 ,可减少计算量 。

阵元信号相幅非一致性对波束形成的影响

在波束形成技术中,由于各输入通道相幅的不一致性和阵元位置的误差,而将影响波束形成性能.本文以小型舷侧阵为研究对象,首先介绍了含有误差分量的波束模型,并推导了含有误差分量的波束输出能量模型.然后分别从阵元的相位误差、幅度误差和位置误差三个方面着手,理论分析和计算机仿真相结合,详细介绍了它们对波束形成的影响,对工程应用具有现实的指导意义.

基于舷侧阵的MVDR波束形成算法研究

针对鱼雷舷侧阵的方位估计,研究了阵元域MVDR波束形成算法,此算法较常规波束形成算法在分辨能力上已有了很大的提高,但阵元域MVDR是对阵元域的信号直接处理,计算量较大,在低信噪比时分辨能力下降,限制了其在声纳系统上的应用.文章提出的波束域MVDR(BMVDR)波束形成算法就是为了克服阵元域MVDR的缺点.通过理论分析及计算机仿真,表明BMVDR算法的性能优于MVDR与常规波束形成(CBF).

舷侧阵CBF和OBF的阵增益比较

以舷侧阵作为研究对象,首先介绍了常规波束形成器(CBF)和最佳波束形成器(OBF)的波束输出信号模型,然后推导了信号+噪声场合下的阵增益表达式,比较了在不同信号频率和不同信号源方向角下,CBF和OBF的阵增益,最后在增加了有指向性的CW干扰后,分析了此场合下的阵增益,并比较了不同的信号频率下,干扰源方向角的变化对两类波束形成器阵增益的影响。

基于水听器阵的广义相关波束形成算法研究

传统上都是使用基于常规波束形成(CBF)输出功率的不同进行声源的被动检测和定位。广义相关波束形成,是一种旨在将平均Toep litz相关函数用于估计波束形成的输出功率。从线性矢量水听器阵出发,分析了常规波束形成,对广义相关波束形成(GCBF)进行了深入研究,通过对广义相关波束形成器进行“W ilson”和“Bartlett”加权,可以分别得到FIM(WFIM)和CBF,对这三种波束形成器进行了理论分析和计算机仿真,结果表明三个波束形成器的分辨能力从高到低依次是:FIM、WFIM、CBF。

随机相幅误差对舷侧阵MVDR波束形成器阵增益的影响

舷侧阵正常工作时,由于海洋环境比较复杂,以及每路水听器通道的传输特性不完全一致,使舷侧阵每一个水听器输出信号的相位和幅度叠加了一个随机误差。在作MVDR自适应波束形成时,该随机误差的存在将影响到基阵的阵增益,降低检测能力。仿真结果表明:幅度和相位误差的存在会降低MVDR波束形成器的阵增益,两类误差越大,阵增益就越小;输入信噪比越高,MVDR波数形成器的阵增益就越小。文中从统计学角度分析了随机相幅误差对协方差矩阵的影响,然后通过数值仿真得到阵增益的变化规律。

基于回波模型仿真的ADCP实验室校准中波束间干扰研究

针对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)水域环境校准效率低下的问题,提出了一种实验室水池环境下多个波束同时校准方案。通过建立一种精准的仿真回波模型,并进行湖试实验验证了模型的准确性,经由换能器对回波模型在实验室消声水池中进行回发,可以实现对ADCP多个波束同时校准,同时利用回波模型探究校准时波束间的干扰误差。在底跟踪校准模式中,波束间的干扰误差与底速度成正相关,在速度1.6 m/s以下,相对误差在0.5%以下,超过1.6 m/s时,误差超出实验ADCP的测量精度;水跟踪校准模式下波束间的干扰误差呈现高斯噪声的特性,其相对误差集中在0%附近。实验与仿真的结果证明了ADCP实验室多个波束同时校准方案的可行性,其误差经过有效屏蔽能控制在测量精度范围内。

一种基于主动声呐图像多重累积的航迹起始方法

为满足强混响背景下水下运动目标自主检测要求,针对主动声呐回波信号空时处理后数据量庞大的问题,提出了一种基于主动声呐图像多重累积的航迹起始算法。首先,构建主动声呐强混响背景下水下多目标航迹起始模型。通过声呐图像的择大累计,将距离-方位-帧时间三维声呐图像压缩成距离-方位二维声呐图像,并保留了累积帧信息。通过质心聚类点迹提取的方法,获取目标量测信息和能量信息,完成数据预处理。其次,对Hough变换的参数空间进行能量累积,并通过局部峰值检测的方法得到多目标初始航迹。最后,为提高航迹准确率,利用速度约束和航迹合并方法,剔除了混响及合并重复航迹。仿真结果表明,与常规的目标跟踪方法相比,该算法有效降低了航迹起始过程中声呐图像的数据量,在强混响背景下仍能以高检测概率实现水下多目标自主检测。

本艇机动时拖曳阵的阵形估计及左右舷分辨方法

本艇机动时,拖线阵的阵形畸变非常严重,降低了拖线阵检测微弱目标的能力,利用畸变拖线阵接收到的声场数据作阵形估计,然后利用估计出的畸变阵形信息作宽带检测和目标左右舷分辨。实验数据处理结果表明,该方法可以提高畸变阵的宽带检测能力,很好地分辨目标的左右舷。

一种利用多路径声线时延差的定位方法

利用射线声学研究了发射信号已知情况下基于时延特征谱匹配的定位方法,首先从测量信号相关谱和模拟信号相关谱中提取出时延特征谱,然后通过特征谱匹配处理来估计目标位置。仿真和实验数据处理结果表明,基于时延特征谱匹配的定位方法对环境参数失配具有较好的宽容性,目标深度和距离的估计精度较高,非相干累积和平均垂直稀疏阵各水听器的模糊度图可以明显降低旁瓣。

利用三分量磁传感器解算姿态问题研究

为精准测量载体姿态,在利用磁传感器测量地磁场来计算载体航向的基础上,从原理上推导如何利用Terrella6磁传感器来测量载体姿态角。通过数据比对,误差<1°,验证了文章推导出的姿态角解算公式正确。

一种基于Prony原理的测深算法研究

根据Prony原理,将其用在瞬时波达DOA估计上,对海底瞬时回波进行DOA估计,从而实现了测深的目的。进行测深仿真计算,从仿真结果中可以看出,对于复杂的海底地形,亦能作出精确的深度估计。