Range-instantaneous Doppler imaging of inverse synthetic aperture sonar

Because the existing range-Doppler algorithm in inverse synthetic aperture sonar (ISAS) is based on target model of uniform motion, it may be invalidated for maneuvering targets due to the time-varying changes of both individual scatter′s Doppler and imaging projection plane. To resolve the problem, a new range-instantaneous Doppler imaging method is proposed for imaging maneuvering targets based on time-frequency analysis. The proposed approach is verified using real underwater acoustic data.

声学多普勒测速数据鲁棒优化方法

声学多普勒测速声呐是用于本舰测速的典型仪器。在实际应用中,受舰船姿态、海底地形起伏、海洋内波等因素影响,测速数据易出现精度不稳,甚至失效的“野值”或复杂多“野值”。因此应对各种复杂情况,测速数据的稳健优化,提高数据质量十分必要。为此,围绕具有Levy“厚尾”分布特性的声学测速噪声抑制问题,提出异常噪声高斯化方法,实现一种改进的Kalman滤波算法,用于优化测速数据。该算法弥补了标准Kalman滤波对“野值”敏感的不足,且稳健性强,提高了声学测速数据可靠性。通过仿真和实验数据处理,所提优化方法的性能得以验证,该方法具有较好工程实用性。

宽带声学多普勒测流仪设计

介绍一种利用宽带编码声信号进行水流流速测量的装置。当某一水层水团与测流仪之间有相对运动时,声波反射信号将产生相应的多普勒频移,从而可以得到两者之间的切向速度。为了计算其绝对速度,换能器采用了四波束结构。这里还介绍了用于相关接收的编码脉冲的形式和接收电路的结构。该装置适合江、湖、河口的流速、流量的测量。

基于小波变换的多普勒声纳数据处理研究

针对单脉冲短回波多普勒声纳信号的特点,提出了小波变换的多分辨力分析方法。利用了Dau-bech ies小波函数,采用了阈值去噪的方法,能够在低信噪比的情况下准确地估计多普勒声纳的频移,从含有噪声的多普勒提取出原始信号。通过仿真实验表明:小波分解的尺度有所增加,边界处的误差减小,滤波效果明显改善。第4层下重建信号的逼近误差已能够满足高精度导航系统中对于多普勒声纳的性能指标要求,即在惯性-多普勒声纳速度组合导航系统中,多普勒声纳提供的速度信息能够使组合系统的速度误差小于0.2 nm ile/h。

宽带多普勒声纳信号波形设计

宽带多普勒声纳相对窄带多普勒声纳提高了测速精度,并已广泛应用于多种载体的导航。为了研究其提高精度的机理和设计波形,从海底回波特性出发,从频域推导了窄带多普勒声纳的克拉美-罗界;利用重复相位编码信号的等效时域形式推导了宽带多普勒声纳的克拉美-罗界,分析了引起单波束测速误差的因素以及宽带相对窄带提高精度的原因;最后对波形参数与精度的关系进行了分析并给出了波形参数选择方法。数字仿真表明了理论分析结论的正确性。

基于多视处理的合成孔径声呐运动补偿研究

载体的不规则运动造成的多普勒中心与调频率的估计误差是合成孔径声纳(synthetic aperture sonar,SAS)成像质量下降的主要原因。研究了基于多视处理的图像域多普勒参数估计方法,证明了其能够满足SAS运动补偿的特点和应用要求,进而提出了一个完整的SAS运动补偿和成像的系统方案。最后,实际湖试结果也证明了该方案的有效性。

宽带多普勒声呐回波模型及特性研究

分析了重复二相相位编码信号的特性,建立了海底回波模型,并推导了海底回波的自相关和功率谱表达式.研究表明海底回波自相关和功率谱为具有不同压缩因子的单元散射信号自相关函数的叠加,并且形状与发射信号基本相同,但是相对发射信号有一定的展宽和拉伸或压缩.利用湖试数据分析和数字仿真证明了理论分析的结论.

多普勒计程仪作用距离估计

多普勒计程仪已成功应用于多种载体的导航,而其最大作用距离对于设计和使用都具有重要的意义。根据声纳方程各项的定义并根据多普勒计程仪工作时的特点,推导出不同条件下声纳方程中各项的计算公式,从而对多普勒计程仪的最大作用距离进行估计,最后将某型多普勒计程仪的相关参数代入推导的公式中,并进行计算得到理论计算值。同时还计算了多普勒计程仪在不同条件下的作用距离。

小波分析在惯性—多普勒声呐组合导航系统中的应用研究

在惯性—多普勒声呐组合导航系统中,多普勒声呐为惯性导航系统提供舰船的外部速度信息。组合导航系统的速度误差主要取决于多普勒声呐测速误差,多普勒声呐的性能将决定惯性导航系统的精度。由于舰船的摇摆、风浪、海水温度、多普勒声呐本身的缺陷等因素,使多普勒信号中不可避免地受到其噪声的影响。针对多普勒声呐信号的特点,采用小波变换对声呐信号进行多分辨力分析。利用Daubechies小波函数,采用阈值去噪的方法,能够在低信噪比的情况下准确地估计多普勒声呐的频移,从含有噪声的多普勒信号提取出原始信号。通过仿真实验表明,将小波分析应用于惯性—多普勒声呐速度组合导航系统中,能有效提高导航系统的速度精度。

运动平台低频混响的方位-多普勒谱特性研究

运动平台混响场的空频耦合结构对于改善主动声呐低速目标检测性能是十分关键的。本文通过对波束域混响采用高分辨谱分析方法(如MUSIC法和Capon法)在一定程度上突破了发射脉宽的制约,可以更为精确地给出低频混响场的方位-多普勒扩展估计。对南海实验数据的分析表明浅海低频混响场精确地符合运动多普勒规律,并且在一定距离方位分辨单元内的具有混响强度越高,频率扩展越小的特点。进一步的,利用运动多普勒关系给出偏航条件下左右舷混响在方位多普勒平面上沿不同曲线分布的规律,实验数据与理论预测符合良好。

基于PXI的多普勒速度声呐测试系统设计

根据多普勒速度声呐的测试需要,在分析了多普勒速度声呐测速原理的基础上,对测试方法进行了研究.设计了基于PXI总线技术的波形采集和回放模块,并采用声对接的方式对声呐系统进行测试.测试结果表明,该系统完全满足测试要求,同时具有通用性、高效性和易用性等特点,具有较好的实用价值.

模型切换抑制振荡误差在无人潜艇导航中的应用

导航的准确程度是无人潜艇执行任务的前提条件。由于长时间航行的无人潜艇,特别是有隐蔽性需求的无人潜艇,其导航中存在的舒勒振荡的问题,会导致无人潜艇导航定位系统的存在定位误差。为得到精确的导航结果,必须对振荡误差加以抑制。然而,传统单一的抑制方法中由于辅助信息存在应用范围的限制,不能满足全航程无人潜艇对于导航精度的需求。因而本文提出了模型切换抑制振荡误差的方法。针对不同辅助信息适用的范围,采用不同的抑制方式,提出了差分外测速度阻尼、相移抑制、GPS辅助相切换的振荡误差抑制方法,克服了传统方法的局限与不足。3种方法在各自的适用范围内都能达到需要的精度,在长航程的无人潜艇航行过程中达到了抑制振荡误差的目的。仿真实验说明了这种方法的有效性。模型切换抑制振荡误差的方法,可以提高无人潜艇的导航精度。

基于图形处理器的合成孔径声呐实时距离多普勒成像算法

该文提出一种基于图形处理器(GPU)的距离多普勒成像算法(RDA),为合成孔径声呐(SAS)的实时成像提供了新的途径。通过GPU平台上的并行方法进行距离向脉冲压缩、固定相位补偿和方位向脉冲压缩,显著提升了距离多普勒成像算法效率。仿真和实验结果表明:在满足成像分辨率的前提下,该文设计的基于GPU的并行RDA和CPU串行算法相比,加速比可达到22,满足实时SAS成像需求。

基于多普勒频移的双基地声纳目标速度测量

针对单基地声纳仅可获得目标的径向速度以及双基地声纳有大量冗余信息的问题,提出利用单/双基地复合工作的声纳系统求解目标二维速度矢量(速度大小、航向)的方法。为了获得目标的二维速度矢量,在双基地声纳系统中,分析了双基地声纳多普勒频移的特性,并与单基地作了比较;结合单、双基地所获得的多普勒频移特性信息,给出了目标二维速度矢量的两种计算方法;并对目标速度测量误差进行了分析。结果表明,采用单/双基地复合工作的声纳系统,可以完成目标二维速度矢量的测量,而测量误差则与系统的频移分辨力及目标与收、发基地间的相对位置有关。

一种精确的多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停走停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真的现象,本文在深入分析多接收阵系统误差产生机理的基础上,提出了一种适用于宽测绘带成像的精确多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法,它舍弃了目前普遍采用的等效相位中心(DPC)近似,采用多接收子阵的精确延迟模型。算法首先对各接收子阵数据单独处理求得方位谱并进行方位向扩展,随后分别进行距离徙动校正和方位向脉压,最后将各通道的方位谱相干叠加,反傅里叶变换后得到了高分辨图像。通过点目标仿真比较,该算法在峰值旁瓣比及目标的定位等方面优于现有算法。

一种基于多普勒频移的被动合成孔径声纳探测方法

由于自主小平台声纳孔径有限,对声纳探测的分辨率的提高有所限制。小平台的机动可以有效的与声纳探测方法相结合来提高声纳探测性能。针对这一特点,提出一种基于多普勒频移技术的被动合成孔径声纳探测方法。该方法根据自主小平台的机动所引起声纳的接收信号多普勒频移的变化,进行目标的频率与方位联合估计。本文将自主小平台的机动引入到波束形成技术当中形成一种新的被动合成孔径技术。数值仿真表明,该方法可以有效的进行目标方位估计,并且获得较高的方位分辨率,改善了自主小平台的探测性能。

合成孔径声呐目标成像算法研究

研究了合成孔径声呐成像处理算法,重点研究了距离多普勒算法和Chirp Scaling算法,分别对两种算法进行了点目标成像的仿真实验,给出了相应的实验结果,通过对两种算法进行比较,寻求较低的复杂度、较高分辨率的合成孔径声呐成像算法。在应用距离多普勒算法的基础上建立了水下目标快速成像仿真模型,给出了基于Visual C++环境水下目标(水雷、鱼雷和潜艇)快速成像的仿真实验结果,从而以较高的效率实现对复杂目标的仿真成像。

斜视合成孔径声纳成像的改进距离-多普勒算法

由于合成孔径声纳的发射信号载频低以及合成孔径声纳成像高分辨率的要求,合成孔径声纳成像中菲涅耳假设不成立。基于斜视距离等效模型,放弃菲涅耳假设,给出了方位时域校正距离走动频域校正距离弯曲的改进距离-多普勒算法。该算法校正了几何形变,使得成像结果与场景完全一致。仿真结果证明了改进算法有效地提高了斜视合成孔径声纳成像的质量。

AUV组合导航系统中H_∞滤波技术

为了提高自主水下航行器(AUV)组合导航系统精度,选择了捷联式惯性导航系统(SINS)、多普勒速度声纳(DVS)以及地形匹配导航系统(TAN)作为AUV组合导航系统导航传感器,建立了AUV组合导航系统的状态模型和导航传感器观测模型,运用了一种基于径向基函数(RBF)神经网络进行H∞滤波信息分配的信息融合方法,并进行了计算机软件仿真。仿真结果表明,在有色噪声情况下,AUV组合导航系统的导航姿态、速度和位置精度得到了提高,有效地克服了传统滤波容易发散的缺点,提高了AUV组合导航系统的容错性能和导航精度。

异构环境下的多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

为解决多子阵合成孔径声呐成像效率低的问题,提出了一种异构环境下的多子阵合成孔径声呐快速成像方法。根据多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法特点以及CPU和GPU各自计算特点,通过将算法中距离向脉冲压缩、固定相位补偿、距离徙动校正和方位向脉冲压缩密集型运算采用GPU计算,极大提高了多子阵合成孔径声呐成像效率。最后通过实测数据的成像实验对所提算法的正确性和高效性进行了验证,与串行计算方法相比加速比高达14. 45。