无源声呐水下多目标融合跟踪方法

针对海洋环境噪声导致弱目标在不同子频带检测结果差异较大,致使以全频带探测结果为输入的跟踪算法出现性能退化的问题,提出一种子带融合跟踪方法。该方法利用改进的高斯混合概率假设密度滤波器对各频率子带输出的方位估计结果进行跟踪,并采用广义协方差交集准则对子带跟踪结果进行融合,以获得综合各子带信息的跟踪结果。仿真结果表明,所提方法可以提高弱目标在各子带信噪比不均衡情况下的跟踪能力,且运算时间与对比方法较为接近。海试数据处理结果进一步验证了所提方法的有效性。

一种频域-波数域峰值筛选的无源声呐宽带检测方法

在水声信号处理中,传统的无源声呐宽带目标检测在多目标、强干扰的复杂环境中输出信噪比低,使得检测性能急剧下降。针对此问题,提出一种基于均匀线列阵在频域−波数域上宽带信号能量分布特性进行目标检测的方法。该方法首先将阵列信号转换到频域−波数域,利用不同频率下波数主瓣、旁瓣宽度特征以及空间分布特征,设计针对主瓣的判别与分配方法,实现对同一目标不同频率下波数谱主瓣判别,使用主瓣能量累积、主瓣数目累积的方式来形成方位谱,从而进行目标检测。理论分析和仿真结果表明,所提方法只利用对目标检测有突出贡献的波数主瓣,降低了旁瓣的影响,有效提高了无源宽带水声目标的检测能力。海上试验数据处理结果表明,目标输出信噪比相比子带峰值能量检测算法可提高5.58 dB,较传统能量检测可提高8.73 dB,计算时间相比传统能量检测降低46%,验证了所提方法的有效性与实时性。

多基阵无源声测定位算法的研究与仿真

对直升机等低空飞行目标的无源声测定位与跟踪是声学监视系统的重要研究内容。对多基阵低空飞行目标的无源声测定位方法进行了研究,并导出了定位算法和定位误差。理论分析和仿真实验表明,利用单基阵的方位和俯仰角进行多基阵融合定位时,无源声测定位系统有较高的定位精度,而且布阵形式对定位精度有一定的影响。该研究成果可直接用于对空中运动目标,如无人机等目标的无源声测定位。

无源声呐稀疏阵无栅瓣性能分析

计算机模拟、实际声呐信号和理论分析证明了在无源声呐中只要信号带宽足够宽(带宽大于1个倍频程),无源声呐中用稀疏阵,即基元间距大于信号波长的基阵,波束图中不会出现栅瓣特性。白化目标信号可满足尽量宽的信号带宽,有利于无栅瓣波束的设计。结论是只要保证足够宽的信号带宽,无源声呐工作频段中最高频率的波长可小于基阵中阵元间隔而可使阵波束特性不出现栅瓣。

基于辨识标签原理的无源声表面波传感器技术要点与发展趋势

本文在讨论基于辨识标签原理的无源声表面波传感器的原理的基础上 ,分析了衰减损耗和尺寸、交叉敏感、反射极排列和信号处理等传感器技术要点的当前存在问题以及发展趋势 .

无源声表面波温度遥感系统响应信号的研究

提出一种单端口声表面波无源温度遥感系统 ,并分析该系统对脉冲冲击和间歇正弦脉冲串激励信号的响应特性。遥感系统采用间歇正弦脉冲串信号作为无线激励信号 ,反射的响应信号是一衰减的调幅信号 ,该调幅信号的包络频率为激励信号频率与声表面波器件固有频率的差。系统采用间歇正弦脉冲串激励 ,可提高遥感的距离并且减小了环境对固有频率测量的影响。

无源声表面波谐振器的无线温度传感系统

介绍了一种基于声表面波谐振器的无源无线温度传感系统。作为传感器的谐振器受到正弦脉冲串的无线激励。因激励信号的中心频率不同于谐振器的谐振频率 ,所以回波信号是一调幅信号 ,其包络的主频就是谐振器的谐振频率和激励信号中心频率的差频。给出了传感系统的电路设计以及信号处理方法。

二维小基阵无源声测定向算法研究与仿真

无源声测定向是声学监视技术的重要研究内容。为了实现对低空运动目标的声学监视,提出了一种二维任意阵形小基阵定向方法,并用线性回归分析原理导出了定向算法,对定向误差进行了理论分析和数值仿真。该算法不仅适用于随机布阵的二维小基阵情况,也可推广到三维小基阵对声源的定向。理论分析和仿真实验表明,该定向算法正确可行,有较大的实用价值。

无源声呐多目标检测中反波束成形递推算法及其应用

随着声呐检测能力的提高,多目标干扰下微弱信号的检测问题日益突出。当声呐方位历程显示上出现多个干扰轨迹时,弱目标的检测显得十分困难。自适应噪声抵消(Adaptive Noise Canceling,ANC)技术为抑制多个干扰提供了理论基础,但是求解稳态最佳滤波矩阵存在着技术实现上的困难。本文提出用一种反波束成形(Inverse Beamforming,IBF)递推算法,在阵元域逐一抵消多个强干扰,从而增强并提取出微弱目标信号。文中给出了递推求解由逆矩阵所表达的最佳滤波矢量的理论推导和相应的公式。利用IBF算法处理海试数据得到了较好的结果,显著改善了强干扰下对微弱信号的检测,甚至在普通波束成形(CBF)中未能显示出来的信号都可以被检测出来。

基于TH71221的无源声表面波传感信号读取器

针对无源声表面波传感读取器信号处理软件算法影响参数多、分立元件硬件设计复杂等问题,通过Matlab对传感信号进行模拟和仿真,确定了算法涉及的关键参数,从硬件系统实现角度进一步对射频链路关键器件进行分析、比较并选型。设计了以两颗高集成度射频芯片TH71221分别作为收发前端的系统架构,并据此实现了读取器的总体电路设计。与基于分立器件实现的系统相比,该读取器具有成本低、尺寸小,易于实现的特点。

无源声呐目标特征提取的一种新方法

水下目标的特征提取一直是水声信号处理的一个难题。由于实际声呐目标的发声机理和反射声波的机理十分复杂,成份多样,造成水声信号具有较强的非平稳性和非高斯性。为了提高对水下目标识别的正确识别率,本文突破以往研究中关于信号平稳性和高斯性的假设,在简要介绍LOFAR谱图和高阶谱(HOS)估计方法的基础上,提出一种基于高阶谱的LOFAR谱图特征的提取方法。本方法既不受高斯性假定的约束,也不受平稳性假定的约束。最后,用本方法对三类实际声呐信号进行了特征提取,取得了令人满意的分类识别效果。

小孔径方阵对大气中运动声源的定位研究

研究大气中小基阵无源声探测精确定位模型问题。利用小基阵中全部声程差量建立全部简单模型,用最佳线性融合方法获得精确定位模型,组合模型的精度高于每一个简单模型的精度。建立了对空间立体阵和平面阵的通用建模方法。该模型避免了小基阵对空间声源定位的盲区效应。用平面正方形阵外场试验数据对定位模型进行了检验,试验数据包括了声源在一定高度作直线运动、俯冲运动、转弯运动、绕圈四种运动。得出了声源的运动轨迹,验证了该模型对低空声源的定位精度高和方差小,特别是对方位角的定位精度高。该方法尤其适用于对广泛采用的平面正方形阵、正五元空间阵、正四元空间阵和正四面体阵建模。

时间延迟型声表面波无源传感器的无线访问

介绍了一种基于无源声表面波（ＳＡＷ）器件的无线传感器．作为敏感器件的 ＳＡＷ器件由作为换能器的 ＩＤ－Ｔａｇ和一组反射栅组成．由访问系统发射出的电磁波通过 ＩＤ－Ｔａｇ在 ＳＡＷ器件上激励起声表面波，此声表面波在器件表面传播，被ＳＡＷ器件本身状态参数调制后，反射回波再通过ＩＤ－Ｔａｇ转变成电磁波向空间发射．因此对访问系统接收到的回波信号进行分析即可得到被测量。即实现了无线传感．由于以ＳＡＷ器件为敏感元件可以研制各种各样的物理量、化学量传感器，这种无线访问传感系统可在各种场合得到应用．

一种多基阵炸点声源定位系统设计

为提高火炮武器的命中精度和攻击效果,提出了一种基于无源声探测的目标定位技术。系统通过传声器阵列采集目标声源发出的声信号,采用多个基阵定向结果对目标进行交汇定位,搭建了基于FPGA+DSP架构的基阵节点,对节点的软硬件进行了详细设计,并利用时延估计和定位算法解算出目标声源的三维坐标,实现对炮弹炸点的精确定位。最后模拟现场环境,设计完成了多次测试实验,验证了方位角估计理论的正确性及试验系统的可行性。实验数据表明,该方法具有较高的估计精度,可获得炸点的具体位置信息,具有一定的实用价值和应用前景。

深海分层介质中的无源声定位时差交会特性

利用无源声信号的到达时差对目标入水点进行定位在浅海中已有成功应用,但在深海条件下因测量区域变大、声传播路径弯曲、测量条件受限等因素,定位性能不确定度增加.针对这一问题,建立基于水平分层介质假设的多基站时差定位模型,对比了等声速介质信道与水平分层介质信道定位求解的性能差异,并结合西北太平洋夏季环境条件下的仿真算例对模型进行了验证.研究揭示了有明显等效声速差异条件下的深海时差交会变异性特征,当两基站的等效声速相接近时,等时差线趋于标准双曲线样式;当两基站的等效声速相差较大时,等时差线呈现不规则分布,一侧趋于闭合,另一侧趋于平行,且多个基站等时差线均位于闭合一侧时,定位性能明显下降.在测量系统论证和设计时应充分考虑时差交会特性,结合具体海区环境条件合理选取基阵构型和布设深度.

舰船噪声不同窄带包络间相关

给出了舰船噪声不同中心频率窄带包络间相关系数（频间包络相关）R和滤波中心频率差值（频差）△fni、起始滤波中心频率fn的值、滤波带宽△f以及时延τ的关系,并和海洋环境噪声的R～△fni曲线进行了比较。结果表明,舰船噪声频间包络相关和海洋环境噪声频间包络相关有显著差异。

用独立成份分析算法实现水声信号盲分离

独立成份分析算法是在研究信号盲分离过程中出现的一种新方法,本文试图将几种独立成份分析算法用于分离水声信号。分析和比较了５种算法的性能,并用仿真信号对算法进行了仿真,阐述了独立成份分析算法分离水声信号的不足。针对含噪声模型,提出了一种基于独立成份分析算法成功分离水声信号的方法。

基于矢量传感器的低空目标声测向算法及实验研究

将基于二维压差式矢量传感器的声压振速联合处理技术应用于低空目标无源测向的研究中,提出了一种新的无源声测向算法,该方法在小尺寸和低频条件下实现了对低空目标的精确测向。采用实测直升机辐射的噪声信号对算法进行了分析,研究了传感器尺寸、积分时间和信噪比对算法性能的影响。结果表明,矢量传感器尺寸为0.2 m,信噪比为0 dB时,测向误差小于2°,优于基于时延估计测向的方法。该研究为小基阵高精度的低空目标无源声测向提供了一种实现方法。

基于状态矢量融合的多基地无源目标运动分析

在多基地独立观测估计的基础上,采用对状态矢量进行数据融合的方法对无源目标运动分析(以下简称ＴＭＡ)问题进行了研究。在双基地的条件下,讨论了当双基地的无源声呐匀采用容易得到的目标方位角、频率的数据测量为输入时的无源ＴＭＡ问题。利用伪线性方法或扩展Ｋａｌｍａｎ滤波方法作预处理后,将所得到的各状态矢量的预估计送入融合中心再进行数据融合,最后实现对目标的最终估计。计算机仿真结果表明:状态矢量融合的方法能够进一步提高对目标运动参数的估计精度,能有效地实现无源ＴＭＡ问题的估计。

水下无源目标运动分析的修正扩展卡尔曼滤波方法

以水下已知固定深度的三维情形为例,用修正的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法探讨了无源目标运动分析（以下简称TMA）问题。首先以无源声呐对目标的方位角、俯仰角和频率测量为依据,建立动态系统模型。然后,从非线性的测量方程入手,对新息以伪线性的处理,推导出一组修正的EKF递推方程组。文中为增加滤波器的稳定性,采取批数据处理的手段,而使滤波效果更加平稳。计算机仿真结果表明:修正的EKF方法所得的误差曲线收敛较好,且误差较小,能有效地提高水下无源TMA问题中的参数估计精度。