利用模拟退火算法的多基地浮标定位研究

结合声纳浮标技术的发展方向,针对水下目标定位问题,将现代最优化技术——模拟退火算法引入到多基地浮标对水下目标定位的非线性规划中。首先建立适合于浮标系统工作方式配置的目标函数,然后选择合理的接收规则和停止准则,通过大量实验对算法的定位性能、收敛性等性能指标进行了计算机仿真。从仿真结果看,算法能够收敛于最优解,找到最佳匹配点,实现对目标的有效定位。仿真分析的结果证实了模拟退火算法在多基地浮标目标定位应用中的可行性。

实测新型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统定向性能研究

水下小型声探测系统因具有体积小、重量轻的特点易装载于航空反潜机动平台上。新型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统不仅具有航空用探测设备的特点又兼具扩展后可以形成更大的孔径尺寸,有效地提高系统灵敏度、阵处理增益和定向精度等优势,必将发展为现代反潜战中较为有效的探潜手段之一。结合研制的新型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统,开展了工程用系统定向性能水池实验研究。系统设计前端基于模拟退火波束优化算法,中心频率下实测全景波束较优,逼近-30 d B期望旁瓣级的设计要求。后端通过合理的多波束比幅测向算法得到了较好的定向性能,能够满足<3°标准差的指标。实测的定向结果验证了该型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统的工程实用性,也为进一步开展工程有效性和稳定性的研究提供了前期的实验参考。

一种修正的浮标用多波束比幅法测向精度研究

结合声呐浮标技术的发展方向,针对水下目标精确定向问题,在多波束比幅法测向原理的基础上,提出了一种修正型的多波束比幅法测向算法。首先推导了修正算法的基本原理。然后分别针对六元线列阵和五臂平面阵对不同方位入射声信号通过大量实验对算法的测向误差进行了计算机仿真。对比修正前后的测向误差分析,从仿真结果可以看出,在不同信噪比条件下,使用该方法所得的测向误差明显小于修正前的比幅测向法所得到的测向误差,定向精度优势明显。仿真分析的结果证实了修正测向算法在浮标目标定向应用中的可行性。

航空声纳ATE测试系统设计

提出了基于ATE技术的航空声纳综合测试系统设计思想,通过对设计系统可行性的总体分析和方案的评估,证明该系统设计方案合理,能够满足测试系统应具备的功能要求并保证原有系统的完整性,从而依据该方案开展航空声纳综合测试系统的下一步研制工作。

不确定环境下后验概率约束的匹配场处理

不确定海洋环境下,匹配场处理(MFP)所使用的环境模型与真实环境总会存在一定的差异,即存在环境参数失配,此时匹配场处理的性能严重下降。为了提高匹配场处理的稳健性,提出了一种后验概率约束的匹配场处理器(MFP-PPC)。利用贝叶斯准则推导出了位置参数的后验概率密度(PPD)估计,以此为约束为自适应匹配场处理器(AMFP)提供主瓣保护,使得算法具有AMFP高分辨特点的同时稳健性也得到改善。为了验证算法的性能,使用不确定浅海环境下的仿真数据和海试数据进行了处理分析。分析结果表明:不确定环境下,MFP-PPC不仅能够稳健地定位固定声源,而且能够稳健地定位运动声源,且跟踪曲线和声源移动轨迹吻合较好。

基于最小二乘的短垂线阵匹配场处理

匹配场处理通常要求接收基阵能够覆盖整个水层,如此大尺度的布阵方式严重阻碍了该方法的广泛使用。为了缓解匹配场处理对阵形的苛刻要求,该文提出一种基于最小二乘的短垂线阵匹配场处理技术。该方法把接收阵的声场分解为模态函数矩阵和模态系数向量,并在最小范数意义下用最小二乘算法得到了各阶模态系数的估计值,在此基础上重新构造了短垂线阵的测量场向量,使得重构后的测量场包含更多的环境信息,从而提高了短垂线阵匹配场处理的性能。最后,在典型的Pekeris波导环境中进行仿真,以3种布放在水面附近的短垂线阵为例,分析了匹配场被动定位的性能,并用广义余弦量化分析了不同布阵方式对测量场的影响。结果表明:使用最小二乘算法对短阵的测量场进行声场重构后广义余弦变大,此时短垂线阵匹配场处理的定位性能得到改善,验证了该算法的有效性。

一种吊放声纳大容量数据存储系统设计方法

为了获得海洋声数据及水下目标回波数据,从而更好的研究及改进吊放声纳系统。利用高速信号处理芯片TMS320VC5509A的特性加上大容量NAND FLASH存储芯片,针对吊放声纳系统的特点,设计了一套实用的高集成度吊放声纳数据记录系统。以提高系统集成度、稳定性作为关键点,从系统结构、硬件设计、存储结构、软件设计等几个方面阐述了设计思路及实现方法。经实际使用证明,整个系统结构简洁,设计合理可靠,使用方便,具有很好的扩展性。

浅海环境参数失配对匹配场处理的影响分析

关于海底声波优化定位问题,浅海环境由于地形、季节等因素的影响,使得声场具有复杂的时变、空变特性,严重制约了匹配场处理的稳健性。为了给改善匹配场被动定位提供理论依据,有必要找出影响匹配场处理稳健性的主要因素。在简正波模型的基础上,采用常规匹配场处理进行了仿真。通过对比定位结果的声源位置估计偏差、-3dB主瓣宽度、阵的输出谱能量降低等参数,对深度失配、水中声速失配和基底参数失配进行了分析。结果表明深度失配对匹配场处理的影响最大,水中声速失配的影响次之,基底参数的影响最小。

复杂结构体的声辐射模态远场计算方法

声辐射模态在主动结构声控制领域取得了满意的噪声控制效果,但缺乏有效简便的远场测量或计算方法已成为其进一步发展的瓶颈。基于远场封闭包络与结构表面辐射声功率相等,借助声传递矩阵的概念,将声辐射模态的求解转换到流体域进行求解,获得了一种通用的任意结构远场声辐射模态求解方法。为了验证方法的可行性,利用不同的场点包络形状、不同距离的场点以及不同的场点数目对其性能进行分析,主要包括结构辐射声功率、声辐射模态幅值、声辐射模态效率。利用获得的声辐射模态计算脉动球的辐射声功率,并与其理论解进行比较,计算结果显示不同的场点状态对辐射声功率的影响较小,所获取的声辐射模态和辐射效率具有较高的可信度。同时,本方法可为远场测量声辐射模态提供理论参考。

前后向平均匹配场处理

为了提高匹配场被动定位的稳健性，提出了一种基于白噪声增益约束的前后向平均匹配场处理器。算法不仅使用了白噪声增益约束了权向量，而且针对垂直线列阵在空间上均匀分布的特点，在估计协方差矩阵时使用了前后向平均算法，因此提高了目标检测和定位的性能。同时由于前后向平均算法在估计协方差矩阵时能够把复数运算转化为实数运算，大量减小了运算量。为了验证算法的性能，使用仿真数据和海试数据进行了处理分析。结果表明，和前向平均匹配场处理器相比，该算法的输出信干比提高了约1？5～5 dB，峰值背景比提高了约1～4 dB。

稳健的条件概率约束匹配场处理

为了提高自适应匹配场处理（AMFP）的稳健性，该文提出一种条件概率约束的自适应匹配场处理算法（MFP-CPC）。该算法利用贝叶斯准则推导出了位置参数的后验概率密度估计，以此作为权系数给自适应匹配场处理器（AMFP）提供主瓣保护和旁瓣压缩性能，使得算法具有 AMFP 高分辨特点的同时稳健性也得到改善。为了验证算法的性能，使用NRL的典型测试数据进行了仿真分析。结果表明：MFP-CPC具有优于Bartlett和最小方差无失真响应（MVDR）的定位性能，其稳健性和Bartlett类似，主瓣宽度和MVDR相同且旁瓣比MVDR低约6~8 dB。

幅度与频率联合测量的LOFAR浮标定位算法

在LOFAR浮标应用中,为了在目标经过CPA点之前完成其运动参数的估计,提出了一种基于目标辐射噪声幅度和频率联合测量来计算单目标运动参数的无误差理论算法。使用3次等间隔的目标幅度及频率测量值,推导出无误差的目标特征频率、绝对速度、最接近点距离、辐射噪声幅度的理论公式。针对LOFAR实际使用特点,利用最小二乘估计理论提高了目标参数估计精度。计算机仿真表明,该算法在理论上是一个无误差的计算方法,空气模拟实验证明了该算法在工程实际使用中的可行性及有效性。

基于模拟退火算法的快速匹配场处理

【摘要】匹配场被动定位具有优于传统被动定位算法的性能，但其对环境的依赖性和运算量大的缺点严重制约了算法的应用。为了减小匹配场处理的运算量，引入了传统模拟退火算法（CSA）对观测海域全局寻优，提出一种基于模拟退火算法的快速匹配场被动定位算法（CSA—CMFP）。通过大量仿真实验从算法的执行时间、定位精度、收敛性能等多方面验证了新算法的有效性。从仿真结果看，算法的运算速度是常规匹配场处理（CMFP）的2～8倍。

SA与GA算法在波束图设计中的比较分析

针对模拟退火算法(SA算法)和遗传算法(GA算法)在阵列波束图设计上的应用进行了比较分析。SA算法和GA算法是近些年发展起来的两种全局优化算法,把这两种算法分别应用到线列阵波束图设计上,并通过改变那些相关参数反复仿真了多次,然后将其结果分别和线列阵的最佳加权-切比雪夫加权进行比较,可以发现它们基本逼近了切比雪夫加权的设计效果,满足了波束图设计的一般要求,并且发现GA算法较SA算法为优。

某型机载电子设备环境应力筛选

环境应力筛选作为剔除电子设备中的早期故障,提高机载电子设备使用可靠性的一种手段,被广泛运用在产品的研制、生产和使用阶段。通过某型机载电子设备的应用事例,阐述了环境应力试验的要求、实施原则、方法及步骤。

单向水听器及其在波束形成中的应用

提出常规反向波束形成技术,构建了单向水听器,并探讨其应用于阵列波束形成的可能性。系统地构建单向水听器模型,导出常规反向波束形成技术,证明得到其空间响应单指向性的存在条件,其指向性指数在3~4.8 d B范围内。以单向水听器为基元构建标准线列阵进行常规波束形成,并与全向水听器比较,理论证明了使用单向水听器能够为线列阵提高3~4.8 d B的指向性指数。仿真实验结果验证了单向水听器自身具有心脏形空间响应、3~4.8 d B的指向性指数和空间响应的宽带一致性等三种特性,使用单向水听器能够在主瓣宽度不变的同时降低旁瓣级、提高指向性指数、保持良好的稳健性。因此,提出的常规反向波束形成技术是一种构建单向水听器的有效方法,在阵列波束形成中使用单向水听器是可行的、有利的。