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利用跟踪轨迹特征和SVDD-SVM联合分类器的水下慢速小目标分类方法 被引量:1
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作者 刘雄厚 时荣伟 杨益新 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期646-655,共10页
针对蛙人、无人水下航行器(UUV)等慢速小目标分类识别所面临的小样本、类不平衡问题,提出了利用轨迹特征、支持向量数据描述(SVDD)与支持向量机(SVM)的联合分类方法。该方法将水下慢速小目标类型简化为蛙人、UUV、其他3类,利用跟踪轨迹... 针对蛙人、无人水下航行器(UUV)等慢速小目标分类识别所面临的小样本、类不平衡问题,提出了利用轨迹特征、支持向量数据描述(SVDD)与支持向量机(SVM)的联合分类方法。该方法将水下慢速小目标类型简化为蛙人、UUV、其他3类,利用跟踪轨迹特征设计多维特征量,构建SVDD-SVM联合分类器获得分类结果。具体为,针对小样本问题,采用参数维度小、训练数据量要求低的SVDD、SVM作为分类器的基本单元。针对类不平衡问题,使用2个并联的单分类SVDD和1个与两者串联的二分类SVM设计联合分类器,同时为联合分类器的输出设计投票机制保证分类结果的稳健性。实测数据处理结果表明,所提SVDD-SVM联合分类器对蛙人目标的平均召回率可达86%,平均精确率可达87%;对UUV目标的平均召回率可达85%,平均精确率可达86%。所提方法在小样本、类不平衡条件下具有优于传统方法的分类准确性和稳健性。 展开更多
关键词 轨迹特征 目标分类 水下小目标 支持向量机 支持向量数据描述
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利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量
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作者 姚远 孙超 +1 位作者 刘雄厚 李明杨 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期612-620,共9页
针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在... 针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在的正比关系包含波导不变量这一事实,构造线谱声强干涉起伏相关系数以实现波导不变量估计。讨论在声源相对水听器径向和非径向2种运动模型下,将原始采样时刻代换为新的采样时刻,得到重采样后的线谱声强干涉起伏;利用相关系数表示重采样后的参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换后的线谱声强干涉起伏之间的相似程度,得到不同波导不变量搜索值下的相关系数,其峰值对应的搜索结果就是波导不变量真值。仿真实验和实测数据处理结果表明,所提方法能有效实现波导不变量估计。 展开更多
关键词 线谱声强 干涉起伏 相关系数 波导不变量
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有源声呐距离维波束形成方法 被引量:5
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作者 刘雄厚 樊嘉豪 +2 位作者 魏焘 杨益新 孙超 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期715-725,共11页
针对脉冲压缩处理所获得的距离分辨率和干扰抑制能力不足的问题,提出了有源声呐距离维波束形成方法。该方法从单个脉冲回波的频域输出中提取多组子带分量,每个子带分量的中心频率形成等差数列,对应的相移形成复指数等比数列(可类比于均... 针对脉冲压缩处理所获得的距离分辨率和干扰抑制能力不足的问题,提出了有源声呐距离维波束形成方法。该方法从单个脉冲回波的频域输出中提取多组子带分量,每个子带分量的中心频率形成等差数列,对应的相移形成复指数等比数列(可类比于均匀直线阵的阵列流形向量)。根据这一特点,使用多组子带分量构建协方差矩阵,根据中心频率设计距离维加权向量,建立了距离维波束形成模型。给出了距离维常规波束形成和距离维自适应波束形成的表达式、处理流程,对距离分辨率和干扰抑制能力进行了分析。利用数值仿真和水池实验证明,距离维常规波束形成可获得与脉冲压缩处理类似的距离分辨率,而距离维自适应波束形成可获得更高的距离分辨率和更优的距离维干扰抑制能力。 展开更多
关键词 自适应波束形成 距离分辨率 形成方法 有源声呐 常规波束形成 抑制能力 压缩处理 中心频率
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解卷积的多重信号分类算法方位谱低背景处理方法 被引量:9
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作者 谢磊 孙超 +2 位作者 刘雄厚 蒋光禹 孔德智 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期516-525,共10页
针对信噪比较低时,多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法方位谱背景级较高的问题,提出了一种解卷积的MUSIC方位估计算法(Deconvolvecd MUSIC,D-MUSIC)。该方法用一个类似冲激函数作为MUSIC算法输出方位谱的点散... 针对信噪比较低时,多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法方位谱背景级较高的问题,提出了一种解卷积的MUSIC方位估计算法(Deconvolvecd MUSIC,D-MUSIC)。该方法用一个类似冲激函数作为MUSIC算法输出方位谱的点散射函数(Point Scattering Function,PSF),然后基于解卷积图像复原理论,利用该点散射函数和RichardsonLucy(R-L)迭代算法对MUSIC算法的方位谱进行解卷积,获得D-MUSIC算法的方位谱,达到降低方位谱背景级的目的。仿真表明,该方法继承了MUSIC算法的高分辨性能,且可以明显降低方位谱的背景级,具有较好的方位估计性能。对南海海上试验的水平阵数据进行处理,分析比较了利用MUSIC算法和解卷积MUSIC算法获得的方位谱时间历程图,分析结果有效验证了D-MUSIC算法性能的优越性。 展开更多
关键词 多重信号分类算法 解卷积 MUSIC算法 背景处理 SIGNAL 散射函数 估计算法 冲激函数
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基于频率着色的被动声呐宽带能量检测方法 被引量:4
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作者 王聪 刘雄厚 +2 位作者 孙超 杨益新 卓颉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期456-462,共7页
为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到... 为了提高被动声呐宽带能量检测(CED)所能获得的目标分辨和检测能力,本文了提出基于频率着色的宽带能量检测办法。该方法将光的三原色(RGB)引入到被动声呐宽带能量检测中,将所处理宽带信号的波束输出按频率映射为不同的三原色色值,得到彩色波束输出矩阵,利用色光三原色加色法原理对彩色波束输出矩阵进行混色,获得宽带彩色输出,最终按时间并列输出得到彩色的方位时间历程图(BTR)。所提方法既保留了积分处理带来的处理增益,同时利用宽带目标信号的频率特征差异,利用颜色突出目标与干扰、目标与背景之间的差异,提高显示性能。数值仿真和实测数据结果表明:所提方法可以获得优于CED的多目标分辨和弱目标检测的能力。 展开更多
关键词 被动声呐 彩色显色 方位时间历程 加色法原理 宽带能量检测 频率映射 频域聚焦 三原色
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非均匀对角减载最小方差无失真响应多目标分辨 被引量:4
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作者 蒋光禹 孙超 +2 位作者 刘雄厚 谢磊 卓颉 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期555-565,共11页
针对最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)方法在起伏非相关噪声环境下多目标分辨性能严重下降的问题,提出一种非均匀对角减载MVDR(Inhomogeneous Diagonal Unloading MVDR,IDU-MVDR)方法。该方法首先对... 针对最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)方法在起伏非相关噪声环境下多目标分辨性能严重下降的问题,提出一种非均匀对角减载MVDR(Inhomogeneous Diagonal Unloading MVDR,IDU-MVDR)方法。该方法首先对协方差矩阵进行非均匀对角减载,然后实施MVDR方法。各阵元上的对角减载量通过求解半正定优化问题获得,优化问题中最大化减载量之和,但约束减载后协方差矩阵的最小特征值是一个较小的正值。数值仿真表明,IDUMVDR方法可通过非均匀对角减载消除大部分非相关噪声,但保留小部分噪声分量.因此IDU-MVDR方法较MVDR方法分辨力更高,空间谱中背景级更低、弱目标谱峰更加明显,并且具备一定的稳健性.海上实验结果与数值仿真相一致,验证了IDU-MVDR方法的有效性. 展开更多
关键词 最小方差无失真响应 多目标分辨 非均匀 减载 Response 协方差矩阵 MVDR 优化问题
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基于多途信道的舰船辐射噪声功率谱密度估计 被引量:4
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作者 蒋国庆 孙超 +2 位作者 刘雄厚 李明杨 蒋光禹 《应用声学》 CSCD 北大核心 2020年第1期81-88,共8页
针对低信噪比下利用单水听器估计辐射噪声功率谱密度精度较差的问题,提出一种基于多途信道传输函数估计的垂直阵测量估计1 m处舰船辐射噪声功率谱密度的方法。该方法将信道传输函数表示为多途路径近场阵列流形向量的叠加,较快地估计了... 针对低信噪比下利用单水听器估计辐射噪声功率谱密度精度较差的问题,提出一种基于多途信道传输函数估计的垂直阵测量估计1 m处舰船辐射噪声功率谱密度的方法。该方法将信道传输函数表示为多途路径近场阵列流形向量的叠加,较快地估计了信道传输函数,将其用于舰船辐射噪声功率谱密度估计,可较简便地估计距声中心1 m处辐射噪声的功率谱密度,即谱源级。分析了产生功率谱密度估计误差的原因,包括信道估计误差和环境噪声引起的误差,为降低估计误差提供了理论依据。仿真结果表明,该方法估计1 m处辐射噪声功率谱密度的性能良好。 展开更多
关键词 舰船辐射噪声 功率谱密度估计 多途信道估计 垂直阵
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浅海环境中的匹配模态空间检测器 被引量:1
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作者 李明杨 孙超 +1 位作者 刘雄厚 孔德智 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期504-515,共12页
将水下声传播规律融入到算法设计中可以有效提高被动声呐目标检测性能。当声源位置未知时,广义似然比检测器和贝叶斯检测器分别通过搜索和积分的方式来消除声源位置不确定性的影响。但是,基于有限个信号波前实现的广义似然比检测器和贝... 将水下声传播规律融入到算法设计中可以有效提高被动声呐目标检测性能。当声源位置未知时,广义似然比检测器和贝叶斯检测器分别通过搜索和积分的方式来消除声源位置不确定性的影响。但是,基于有限个信号波前实现的广义似然比检测器和贝叶斯检测器在某些声源位置上存在性能大幅下降的问题。为此,利用水下声传播的物理特性,提出了一种稳健的子空间检测器——匹配模态空间检测器,稳健的意义在于:当阵列获取到的辐射声信号能量给定时,检测器可以在不同声源位置情况下提供相同的检测性能。该检测器通过模态空间一定程度上利用了海洋环境知识,获得了比具有相同稳健性的能量检测器更好的检测性能。典型浅海环境中的仿真实验对比结果表明:匹配模态空间检测器相比广义似然比检测器和贝叶斯检测器的峰值性能下降较小、所需的计算量更少、对环境失配的宽容性更好。 展开更多
关键词 能量检测器 模态空间 浅海环境 匹配 位置不确定性 广义似然比 检测性能 被动声呐目标
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基于RPCA的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法 被引量:2
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作者 蒋国庆 孙超 +1 位作者 刘雄厚 蒋光禹 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1493-1499,共7页
测量辐射噪声时,小孔径垂直阵由于阵增益小,低信噪比时辐射噪声测量的性能较差。针对这一问题,本文提出一种低信噪比下基于稳健主成分分析的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法。当阵元接收的环境噪声以非相关噪声为主时,本方法通过稳健主成... 测量辐射噪声时,小孔径垂直阵由于阵增益小,低信噪比时辐射噪声测量的性能较差。针对这一问题,本文提出一种低信噪比下基于稳健主成分分析的小孔径垂直阵辐射噪声测量方法。当阵元接收的环境噪声以非相关噪声为主时,本方法通过稳健主成分分析将数据协方差矩阵分解成低秩的信号协方差矩阵和稀疏的噪声协方差矩阵,再通过信号协方差矩阵计算辐射信号的声源级,降低了环境噪声的影响。数值仿真结果表明:当快拍数足够大时,稳健主成分分析方法可以完全消除非相关噪声分量,而即使快拍数较少,使用稳健主成分分析方法也能消除部分环境噪声,因此使用稳健主成分分析的辐射噪声测量方法比直接进行测量性能更好。 展开更多
关键词 舰船辐射噪声 噪声级测量 稳健主成分分析 低信噪比 噪声消除 小孔径阵 垂直阵
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联合匹配滤波MIMO声呐发射分集平滑DOA估计方法 被引量:2
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作者 樊宽 孙超 +1 位作者 刘雄厚 蒋光禹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期6-13,共8页
MIMO声呐发射分集平滑(transmission diversity smoothing,TDS)法(简称为MIMO-TDS)是一类重要的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)声呐DOA估计方法。该方法利用发射正交波形来获得发射分集平滑特性,保证了MVDR等自适... MIMO声呐发射分集平滑(transmission diversity smoothing,TDS)法(简称为MIMO-TDS)是一类重要的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)声呐DOA估计方法。该方法利用发射正交波形来获得发射分集平滑特性,保证了MVDR等自适应高分辨算法的直接应用,但也因此牺牲了发射端的阵增益,在对较远距离的目标进行探测定位时,该方法常会面临回波信噪比不足、性能损失严重等问题。针对该缺点,借鉴了MIMO声呐虚拟阵列(virtual array,VA)法(简称为MIMO-VA)中的匹配滤波思想,提出同时利用所有发射信号对回波进行联合匹配滤波处理的方式提高信噪比,该联合匹配滤波器的单位脉冲响应函数由所有正交发射信号经线性叠加构成。研究表明,所提出的匹配滤波器不仅能够提高接收信噪比,改善MIMO-TDS在低信噪比条件下的性能,还保留了MIMO声呐的发射分集平滑特性。与MIMO-VA相比,所提方法大幅减少了所需匹配滤波通道数量,具有较低的运算量;且存在发射阵列流形误差、发射信号同步误差时,具有更优的稳健性。利用计算机仿真对所提方法的有效性进行了验证。 展开更多
关键词 MIMO声呐 目标方位估计 匹配滤波 发射分集平滑
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深海海底反射区声场的相干结构及其有源声呐估距
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作者 韩志斌 彭朝晖 +1 位作者 刘雄厚 宋俊 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期997-1012,共16页
有源声呐在探测深海海底反射区的目标时,由于声线大掠射角弯曲且声速沿声线传播路径不断变化,造成了常规估距方法产生较大的误差。有效声速法是减小常规估距方法误差的有效途径,但由于需要预先计算空间每一位置点的“声线时延有效声速”... 有源声呐在探测深海海底反射区的目标时,由于声线大掠射角弯曲且声速沿声线传播路径不断变化,造成了常规估距方法产生较大的误差。有效声速法是减小常规估距方法误差的有效途径,但由于需要预先计算空间每一位置点的“声线时延有效声速”对,复杂度高,实时性差。针对有效声速法的实时性问题,本文基于深海海底反射区声场的相干结构,提出一种改进的有效声速估距方法.首先指出深海声场能量沿声源出射角强弱相间变化及其引起的海底反射区离散声呐可探测区现象,并利用深海近水面声源的声线干涉效应解释了该现象的物理机理,建立了声呐可探测区与高能量声线的量化关系。在此基础上,计算声呐可探测区边界位置的“声线时延-有效声速”对,并线性拟合出可探测区所有位置点对应的值。经仿真验证,该方法与传统的有效声速法均可实现对常规估距方法估距误差的有效校正。虽然该方法估距精度较传统的有效声速法略有增大,但计算复杂度和计算时间显著减小,实时性好,具有良好的工程应用前景。 展开更多
关键词 面声源 深海海底 探测区 反射区 相干结构 声线 线性拟合 干涉效应
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Underwater three-dimensional imaging using narrowband MIMO array 被引量:4
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作者 liu xionghou SUN Chao +2 位作者 YI Feng liu ZongWei LI MingYang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2013年第7期1346-1354,共9页
To obtain high cross-range resolution, the underwater 3-D acoustic imaging system usually requires a rectangular array with a great number of sensors and a large physical size. To reduce the sensor number and the arra... To obtain high cross-range resolution, the underwater 3-D acoustic imaging system usually requires a rectangular array with a great number of sensors and a large physical size. To reduce the sensor number and the array physical size simultaneously, this paper proposes a new underwater 3-D acoustic imaging approach based on a novel multiple-input multiple-output (MIMO) array. Specifically, the MIMO array is composed of four uniform linear arrays (ULAs) located on four sides of a rectangle. The transmitting array composed of two ULAs is located on a pair of opposite sides, and the receiving array composed of another two ULAs is located on the other two sides. Furthermore, narrowband waveforms coded with orthogonal polyphase sequences are employed as transmitting waveforms. When the subcode numbers in the polyphase coded sequences are sufficient, the MIMO array has the same 3-D imaging ability as a rectangular array, which has a two-time bigger size than that of the former. Consequently, the MIMO array can not only save a great number of sensors, but halve the array size, when compared to a rectangular array with the same cross-range resolution. Computer simulations are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed imaging approach. 展开更多
关键词 线性阵列 MIMO 三维成像 水下 窄带 计算机模拟显示 横向分辨率 多输入多输出
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Improved effective sound speed estimation method for fast range estimation of active sonar in bottom bounce area
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作者 HAN Zhibin PENG Zhaohui +1 位作者 liu xionghou SONG Jun 《Chinese Journal of Acoustics》 CSCD 2022年第4期295-313,共19页
In deep ocean environments,the bottom bounce mode associated with the low-frequency active sonar is often used to detect the underwater target located in the first shadow zone.However,range estimation error occurs due... In deep ocean environments,the bottom bounce mode associated with the low-frequency active sonar is often used to detect the underwater target located in the first shadow zone.However,range estimation error occurs due to the varying sound speed,which produces a bending acoustic ray path from the sonar to the target.To reduce the active ranging error,a method that uses the effective sound speed can be used.However,this method faces a heavy computation burden due to the calculation of the time delay-effective sound speed pairs at each grid position in the bottom bounce area.To reduce this computation burden,an improved effective sound speed estimation method based on the interference structure of the sound field is proposed.The sound field fluctuation in the bottom bounce area is due to the energy fluctuation of the sound rays having different grazing angles.A quantitative relationship between the detectable areas and the sound rays with high energies is established based on sound ray interference theory.The time delay-effective sound speed pairs in the boundary location of the detectable areas are calculated according to this relationship.Hence,the time delay-effective sound speed pairs at all the grid positions can be obtained by linear fitting.Simulation results show that the improved method can obtain a similar range estimation error as the conventional effective sound speed estimation method but has a much lower computation burden,which is useful for real-time applications. 展开更多
关键词 SOUND ESTIMATION method
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