Theoretical analysis and experimental research on port/starboard discrimination in towed line array

The theoretical analysis and experimental research on Port/Starboard (P/S) discrimination in towed line array are proposed. Two methods resolving the P/S ambiguity with hydrophone triplets are introduced. By processing experimental data, the theoretical analysis is verified. The processing algorithm is extended to broadband signal. The research results show that the method based on optimum beamforming with triplets can be used to remove the port/starboard ambiguity. Also because of the simplicity of the method, it is expected to be implemented in practical towed line array sonar.

利用多普勒信息判断单线阵低速目标左右舷的方法研究

采用常规单线拖曳阵列作为双基地主动声呐的接收平台时,会存在左右舷模糊。常规左右舷判决方法需要声呐探测平台进行转弯等复杂机动,目标定位与跟踪的实时性和连续性难以保证。文章对利用回波多普勒效应实时判断低速目标左右舷的方法进行了研究,给出了目标低速运动的条件,并分析了多普勒响应可分辨特性与声呐平台位置、运动状态的关系。通过仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。海试数据处理结果表明,声源船仅具漂流速度时即可通过回波多普勒信息有效判别静止浮台目标的左右舷。该方法可以作为双基地主动声呐探测与定位系统中的辅助手段。

UUV航向机动中拖曳线阵阵形及左右舷分辨

针对UUV拖曳线阵航速较慢,在遇到海流或航向机动进行左右舷分辨时,线阵阵形畸变现象导致的测向精度变化问题,通过采用Ablow和Schechter提出的缆索偏微分控制方程组对拖曳线阵的阵形变化进行数值求解,采用经典的波束形成方法获得拖曳线阵声呐发生阵形畸变后的波束响应曲线,对海流导致的线阵偏航、UUV航向机动导致的线阵畸变现象引起的波束响应变化进行仿真分析。结果表明:在稳定的侧向海流作用下,线阵发生偏转但基本维持直线型阵列,对目标方位的估计精度影响较小,但线阵探测获得的目标方位与目标相对UUV航向的方位有稳定偏差角度(线阵方向与UUV方向的夹角),无法解决左右舷模糊的问题。在UUV进行航向机动时,线阵发生畸变弯曲,波束主瓣有所变宽,一定程度增加了目标方位估计的误差,但可获得对镜像源较好的抑制效果,实现了对目标的左右舷分辨。

本舰机动左右舷分辨方法研究

针对传统单根线列阵的左右舷分辩问题,经过深入分析,给出了本舰机动左右舷分辨方法中的一些影响因素,并对机动角度和滞后时间得出了定量结论。文中研究的内容对传统拖曳线列阵声纳的左右舷分辨和战术使用具有参考价值。

三元组拖线阵声纳宽带最佳阵处理左右舷判别性能的仿真研究

应用三元组的阵元结构和最佳阵处理算法可以解决宽带下左右舷分辨这一现代拖线阵声纳设计的难题。文章首先简介了一种获得三元组拖线阵声纳宽带最佳阵处理垂直指向性图的方法,并阐述了如何基于垂直指向性图进行左右舷分辨。然后在大量仿真基础上,深入探讨了噪声结构、目标方位、阵横滚等诸要素对左右舷判别性能的影响,最后作了规律总结。

长线阵声纳左右舷分辨仿真研究

长线阵声纳是拖曳线列阵声纳的一种重要形式,左右舷模糊问题是其主要缺点之一。针对长线阵声纳满足近场条件的特点,当长线阵声纳呈直线状态时,根据时域波束形成原理建立以目标方位和距离为自变量的目标函数。根据频谱分析后所得的目标频率,对方位和距离两个参量进行二维搜索,得到目标函数灰度图。当长线阵声纳所在拖体转向机动时,利用长线阵声纳首尾两航向传感器的数据对长线阵声纳的阵形进行预报,在此基础上改写目标函数,再次通过二维搜索得到目标函数灰度图,根据阵形弯曲前后目标函数灰度图的变化,可辨别出目标方位和虚源方位,从而得到一种新的左右舷分辨方法。仿真结果表明目标函数灰度图变化直观明了,所提方法可有效解决长线阵声纳左右舷分辨问题。

基于时延估计的双线阵左右舷分辨技术研究

针对双线列阵左右舷模糊问题,文中提出了一套完整的信号处理方案,将波束形成、检测估计、左右舷分辨、镜象源干扰抵消融为一体:两根线列阵分别对应着左/右舷一侧0°～180°范围进行多波束形成;当检测到目标后,对目标方位进行粗测,将目标所处的呈镜象轴对称左右舷两路波束信号取出,以测相关的方法估算出两路信号的时延,根据时延值的符号,判断出目标所处的左右舷:然后根据镜象源所处的位置,采用不同的方法将镜象源干扰抵消掉,从而完成波束形成、左右舷分辨等全过程。经过仿真实验和湖试实验,证明这是一种有效、可行的左右舷分辨技术。

一种新的二元水听器组左右舷分辨方法

为解决拖曳线列阵声呐的左右舷模糊问题,提出了一种新的二元水听器组左右舷分辨方法.该方法以移相处理为基础,将单个二元水听器看作一个小基阵.移相处理的目的是使从镜像源方向来的信号经处理后最小,进而使单个二元水听器具有心形指向性,从而保证二元水听器组能够分辨目标所处的左右舷.经过理论分析和湖试数据验证,证明了这种方法能有效解决大横截尺寸二元水听器组和小横截尺寸二元水听器组的左右舷模糊问题,适用范围广,算法简单,计算量小.

基于阵形畸变补偿的多线阵左右舷分辨研究

多线阵可解决单线阵在目标探测中的左右舷分辨模糊问题,但阵形畸变不利于准确实现对目标的左右舷分辨。本文针对多线阵在拖曳过程中出现的典型阵形畸变,定量地分析了其对目标左右舷分辨的影响,并提出了一种基于阵形畸变实时测量补偿来进行目标左右舷分辨的方法,海上实验数据分析结果表明,该方法可实现阵形畸变下的目标左右舷分辨,对于提高拖曳多线阵声纳性能具有参考价值。

基于噪声相关模型的二元水听器组左右舷分辨技术研究

文中针对拖曳线列阵声纳的左右舷模糊问题 ,提出了一种全新的线列阵基阵结构 :二元水听器组 ,并采用噪声相关模型实现左右舷分辨。经过理论分析和仿真实验研究 ,证明了基于噪声相关模型的二元水听器组能够有效地解决单频、多频和宽带情况下的左右舷分辨问题。而且二元水听器组比三元水听器组结构简单、安装精度要求低、花费相对低廉、算法简单、易于实时实现 。

双垄断港口企业差别定价动因研究

在改进的Hotelling模型基础上,构建了双垄断港口企业的定价模型,研究了仅一个港口企业采用差别定价时双垄断港口企业的均衡价格、需求和利润,进而与双垄断港口企业均采用单一定价的均衡价格、需求和利润进行对比,最后用实例说明了港口企业采用差别定价策略的动机。理论研究结果表明:当两个港口企业的服务水平相同时,采用差别定价的港口企业会获得更多的市场份额和利润,因而另一个港口企业就有动机采用该定价方法;当两个港口企业的服务水平不同时,港口的位置、服务水平、内陆运费率等因素会影响港口企业采用不同的定价策略。

矢量线阵和标量弧线阵抗左右舷目标模糊性能分析

针对线阵声纳左右舷目标模糊问题,建立了基于矢量水听器直线阵p+v_c和pv_c两种信息处理模式以及标量水听器弧线阵不同布阵方式的抗左右舷目标模糊性能数学模型,分析了不同布阵方式以及不同信息处理模式的抗左右舷目标模糊性能,并进行了仿真计算。分析和仿真结果表明,矢量水听器直线阵和标量水听器弧线阵在分辨左右舷性能和观察范围上各有优势。矢量水听器直线阵虽然可分辨左右舷,但由于在一定扇面内分辨左右舷是依靠声纳方位历程图的明暗差异,在多目标情况下易造成声纳观察上的干扰;具有一定圆心角的标量水听器弧线阵,可以在更宽的扇面内具有抗左右舷目标模糊能力。

一种用于小横截尺寸三元水听器组的左右舷分辨技术

针对小横截尺寸三元水听器组的左右舷分辨问题 ,文中提出了一种新的移相方法实现左右舷分辨。与原有的三元水听器组左右舷分辨技术相比 ,该方法不要求三元水听器组的横截尺寸与信号频率相匹配 ,并且计算量较小 ,易于实时实现。经过理论分析和仿真实验 ,证明了文中提出的新的移相方法应用于小横截尺寸三元水听器组 ,能够有效地解决拖曳线列阵的左右舷分辨问题 ,具有良好的工程应用前景。

拖曳线列阵声呐及其左右舷分辨方法概述

概述了拖曳线列阵声呐的发展概况,重点总结了国内外拖曳线列阵声呐左右舷分辨方法的发展情况,包括传统单根线列阵左右舷分辨方法、三元水听器组左右舷分辨方法、双线阵左右舷分辨方法和矢量水听器线列阵左右舷分辨方法等。本文对于拖曳线列阵声呐的相关研究具有一定的参考价值。

矢量水听器线列阵的被动合成孔径技术

针对拖曳线列阵声纳的方位估计问题 ,提出了由矢量水听器构成线列阵 ,运用被动合成孔径技术来提高方位估计性能的方法 .该方法利用矢量水听器本身所具有的 cosθ形式的指向性 ,从而克服了由传统声压水听器构成的线列阵所固有的左右舷模糊问题 ;利用舰船噪声低频段的线谱成分 ,采用被动合成孔径技术实现有效孔径的扩展 ,从而以小物理孔径的拖线阵达到大物理孔径拖线阵才具有的方位分辨力 .通过仿真实验 ,验证了该方法的可行性和有效性 .

转向机动拖曳线列阵空间谱稀疏重构

目标左右舷模糊是利用常规单根拖曳线列阵声纳探测目标时最具欺骗性的干扰之一,严重制约了拖线阵声纳的实际探测效能。根据拖线阵转向机动过程中的目标方位变化特征,提出了一种机动拖线阵空间谱稀疏重构方法。建立了拖线阵在转向过程中的接收信号稀疏模型;构建了基于多个波束域快拍的空间谱联合稀疏重构模型,采用前后向算子分裂方法进行高效的迭代求解。数据仿真结果表明,与常规波束形成方法相比,该方法可以有效地抑制左右舷模糊目标,同时具有更好的角度分辨率。最后通过海上试验数据初步验证了该方法的可行性。

四元阵型MEMS矢量水听器微结构设计

针对当前的MEMS矢量水听器存在左右舷模糊问题,提出了一种四元阵型MEMS矢量水听器微结构。首先,从理论上分析了当前的MEMS矢量水听器左右舷模糊问题,从而提出了可消除左右舷模糊的四元阵型MEMS矢量水听器微结构。其次,对四元阵型MEMS矢量水听器微结构进行有限元仿真,声源方向可以通过分析各阵元应力分布情况而唯一确定。最后,通过驻波声场试验验证其可行性,结果表明,该微结构可实现左右舷分辨,有效消除左右舷模糊。

基于稀疏重构的机动拖曳线列阵空间谱估计

针对常规单拖曳线列阵声纳目标方位估计中存在的左右舷模糊问题,提出了一种联合多个波束快拍量测的空间谱稀疏重构估计方法。首先给出了拖曳线阵转向机动时的阵形递推估计方法,建立机动拖曳线列阵的接收信号模型;然后,利用拖曳线列阵转向机动引起的目标方位变化特征,从构造矩阵相关性角度分析实现拖曳线列阵空间谱无模糊重构的机理,构建了基于连续多个时刻波束快拍量测的稀疏重构模型。通过计算机仿真研究,对比分析了所提方法与常规波束形成方法的空间谱估计性能,结果表明所提方法对模糊目标的抑制比远大于目标信噪比,同时具有更好的角度分辨率,从而实现了拖曳线列阵全向空间谱估计。

双线阵目标左右舷分辨概率分析

基于二元假设检验理论,研究了双线列阵对目标方位左右舷分辨的正确和错误概率。根据阵列接收窄带信号的概率密度函数,定义了左右舷判决统计量,当信号快拍数足够大时,左右舷判决统计量接近正态分布,从而可得到窄带信号的左右舷分辨概率。利用子带信号左右舷分辨概率的频率加权或波束加权,得到频率或波束加权的宽带信号左右舷分辨概率。理论和数值分析表明,窄带信号的左右舷分辨概率取决于双阵间距,而宽带信号的左右舷分辨概率对阵间距的宽容性较大。

矢量线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能(英文)

研究矢量均匀线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能。水听器可同步共点地测量声场的声压和质点振速,为一具有指向性的空间共点阵,从而能够解决单线阵声呐的目标左右舷模糊问题。文章分析了采用不同波束形成方法时矢量阵广义Cardiod处理和声强处理的目标左右舷分辨性能,并利用海试数据进行了验证。研究结果表明:自适应波束形成具有比常规波束形成更佳的左/右舷分辨性能,且对矢量阵处理而言,广义Cardioid处理更为稳健和实用。