基于超指向性多极子矢量阵的水下低频声源方位估计方法研究

针对水下低频声源的方位估计问题,基于基元紧密排列的二维矢量阵,建立了一种超指向性波束形成方法.根据矢量基元差分运算构建各阶多极子模型,获得了几乎与频率无关的模态函数,并经加权计算可在低频条件下实现超指向性波束,以解决阵列孔径对波束性能的限制.同时,结合输出信噪比最大准则所得波束,分析了超指向性波束形成算法的稳定性与波导的影响程度,探索模态阶数与阵列参数的选取原则.通过阵列性能的仿真计算与实际阵列的测量数据表明,该算法可在小尺寸阵列孔径下获得良好的阵列波束,兼具了水下线型超指向性阵和环形超指向性阵的优点,可有效实现水下低频声源的水平方位估计;且波束性能可通过调节模态阶数与基元间距以达到最佳,并受水下声波导多途与频散效应影响有限.

基于压缩感知和约束随机线阵的声源方位估计

为解决声源方位估计中因阵元个数受限导致角度分辨率低的问题,提出以多约束均匀分布线性随机阵列为基础的随机线阵压缩感知(MC-Uni-RLA+CS)声源方位估计方法。研究了在不同信噪比、不同入射信号个数情况下本方法的识别精度,比较了均匀线阵压缩感知(ULA+CS)方法和MC-Uni-RLA+CS方法在不同入射角度范围内的识别精度。通过数值仿真与同类方法对比验证了该方法的有效性和优越性。结果表明:相同麦克风数量条件下,与CBF、MVDR、MUSIC和ULA+CS方法相比,MC-Uni-RLA+CS方法在低信噪比情况下分辨率更高,完全正确角度识别范围拓宽为[-50°,50°],且低噪比时鲁棒性好。

基于最小模方法的相干源方位估计

采用最小模算法对于空间非相干信号有很好的分辨效果.本文详细地介绍了最小模方法的原理,并通过仿真指出了最小模算法对空间相干信号难以区分的缺点.为此本文提出了一种有效的解决方案,采用空间平滑处理来去除信号的空间相干效应,通过仿真证明了算法的有效性.

无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位

研究了被动接收信号无人机的纯方位无源定位问题,利用极坐标系和正弦定理建立了无人机遂行编队飞行中的定位模型,得出使所有无人机保持编队的调整方案。对于其他队形编队,设计了类似的无人机位置调整方案。

基于双站交叉无人机纯方位无源定位问题研究

发展无人飞行系统技术对推动我国相关领域关键核心技术研究水平,维护国家权益和捍卫国家安全具有重要意义,无人机定位功能是无人机自主导航的前提。针对无人机遂行编队飞行纯方位无源定位问题,利用三角定位法求解无人机坐标,运用基于“三点定圆”双站交叉定位法建立无人机无源定位模型。运用动态规划算法结合贪婪算法给出无人机调度策略,并以圆形和相邻间距相等的锥形编队为例给出具体调度方案。

无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位

无人机集群在遂行编队飞行时,为避免外界干扰,应尽可能保持电磁静默,少向外发射电磁波信号。为保持编队队形,拟采用纯方位无源定位的方法调整无人机的位置。基于此,建模旨在研究无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位问题。本文针对静止辐射源与移动辐射源分别提出到达时间差/到达角度定位(TDOA/AOA)和到达时间差/到达频率(TDOA/FDOA)联合定位方法,在此基础上推导了无源定位算法的静止/移动辐射源状态矢量的克拉美罗下界,为分析无源定位精度提供一个定量标准,建立了被动接收信号无人机的定位模型。接着,建立一种结合非线性滤波算法改善定位性能的模型,最终计算可得还需要3架无人机发射信号,才能实现无人机的有效定位。最后,本文对算法有效性进行了验证。

基于贪心算法的无人机纯方位无源定位

以全国大学生数学建模竞赛(CUMCM)赛题为背景,采用纯方位无源定位模型,确定无人机的位置。利用实时定位跟踪模型,结合贪心算法思想,对被动接收信号的无人机进行实时定位、追踪及位置的调整;同时通过MATLAB软件进行仿真实验,验证算法的有效性。

无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位方案研究

以2022年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛B题为背景,建立无人机定位模型.首先,针对发射信号无人机位置无偏差且编号已知的情况,给出了基于极坐标方程和正弦定理的两种不同定位模型;对于发射信号无人机位置无偏差的情况,证明了除了指定两架编号特定的无人机外,只需要一架编号未知的无人机发射信号就可以实现接收信号无人机的有效定位;然后,针对发射信号和接收信号的无人机位置均略有偏差的圆形编队的调整问题,提出了基于理想圆的标准角度调整模型,对于位置偏离的圆形编队上各个无人机进行定位和调整;最后,提出了基于理想等边三角形的调整模型,用于解决锥形编队问题.本文提出的纯方位无源定位模型适用于不同情况下无人机集群协同编队控制问题.

基于交叉定位法对无人机飞行的纯方位无源定位问题的研究

针对无人机编队飞行纯方位无源定位的问题,通过不同无人机所发射信号以及接受信号之间的角度,采用交叉定位法来进行定位不同编队类型的每一个无人机所在的位置,并使其调整到正确位置。根据纯方位无源定位模型,先确定整体飞行的形状,再重新编号,然后利用一条边建立新的三角形,让附近的点移动到目标位置即可完成调整,以此类推,所有无人机都可以调整到目标位置。

无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位

针对无人机集群在遂行编队飞行过程中如何保持编队队形的问题,采用纯方位无源定位算法构建定位模型,探讨如何依据队形特点自适应调节,并将该方案推广到其他队形场景.以较规则和简易的圆形无人机编队场景为切入点,在已知部分无人机位置信息和编号的前提下,建立基于纯方位无源定位模型.在实际场景中,大部分无人机的位置会因为设备或其他原因导致偏差,因此需要探讨自适应调整方案.最后,将圆形无人机编队场景的相关方案推广到锥形无人机编队场景.

基于多目标优化模型的无人机纯方位无源定位问题研究

本文主要研究了无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位问题。根据多目标优化模型,利用三角测位算法、贪婪算法、动态规划模型等,对被动接收信号无人机的定位位置信息进行估计,实现了对无人机遂行编队飞行位置的调整。针对问题一的(1)问,考虑无人机对自身的高度的感知,仅在二维空间考虑问题,建立极坐标系。根据被动接收信号的无人机与发射信号无人机之间的角度关系分成四种情况进行分类讨论,运用正弦定理、三角形的性质等几何知识找到无人机间的角度与距离的关系,求解出不同无人机对应的距离与角度,从而建立被动接收信号无人机的定位模型。针对问题一的(2)问,考虑发射信号无人机编号未知,无法直接用三角定位法求解,所以假设还需要两架无人机发射信号,将四架发射信号无人机根据双站交叉定位算法进行排列组合,利用三角测量定位法及正弦定理、三角形的性质等几何知识联立方程组,求解方程组得到唯一坐标解,从而证明假设成立,即除FY00和FY01之外,还有两架无人机发射信号。针对问题一的(3)问,考虑除FY00和FY01外其余无人机位置均略有偏差,利用贪婪算法并建立多目标规划模型,选择发射信号的无人机,使得每一架被动接收信号无人机位置偏差最小,进而总体圆形编队与规定圆周间的偏差达到最优解,从而得到调整方案。针对问题二,考虑到无人机不一定处于同一高度,所以在三维空间中建立直角坐标系。为避免误差较大,选取相邻三个无人机作为发射信号的无人机,采用动态规划及多目标优化模型依次找到无人机的最佳方位,从而得到调整方案。本文的特色在于将三角测量定位法、动态规划与多目标规划模型相结合,运用贪婪算法通过局部最优解来推导全局最优解,在保证求解精度的同时,极大减少了运算的时间和复杂程度,为日后无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位问题和定位调整问题提供了参考依据。

基于三站无源定位的无人机站队模型研究

对2022年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题前两问进行研究。无人机集群在遂行编队飞行时,为保持编队队形,采用纯方位无源定位的方法调整无人机的位置。针对第一问,基于枚举思想,为接受信号无人机与发射信号无人机的几何关系建立定位模型。针对第二问,借助交叉三角形定位,通过发射点的定位线,构建定位三角形,建立三站无源定位模型,推得多站无源定位,根据枚举该站组,每三站组合求解,获得各组均值及方差,比较分析数据的待测点坐标,进而实现对无人机的有效定位。

人耳对声源方位的判定

听觉对声源方位的判定,是人耳最重要的功能之一。人的单耳和双耳都具有定位的能力。单耳定位是耳壳(廓)各部位对入射声波反射而引起的听觉效果,称为耳壳(廓)效应。双耳定位是入射声波到达人的两耳时具有不同的差异而引起的听觉效果,称为双耳效应。单耳定位主要表现在竖直方向上,而双耳定位主要在水平面内。人耳对水平面内声源定位的准确度约为10—15°,对垂直面内声源定位较差。如果声音来自背后,由于耳廓的屏蔽作用,方位辨别能力更差。

任意方位电偶源的MCSEM电磁场三维正演

在海洋可控源电磁(MCSEM)勘探中,在深水中被拖曳的电偶源很容易受到洋流的影响而偏离预先设定的方位,从而对观测电磁场造成影响,因此有必要研发能够模拟符合实际情况的任意方位的电偶源MCSEM响应的数值计算方法。首先求出任意方位的发射源激发背景模型产生的一次电磁场,然后将一次电磁场作为三维异常体模型的新场源,再求出异常体引起的二次电磁场,实现了MCSEM的三维正演算法。该方法不仅可以提高发射源附近区域的数值解精度,还可以减少正演模拟网格的剖分数目,从而提高计算效率。采用直接法求解有限差分离散形成的大型线性方程组,不仅便于对多个发射源做并行计算,还可以避免迭代误差。与一维模型的解析解和前人三维模型的数值解对比验证了本文算法的正确性,并分析了电偶源的方位、长度对MCSEM三维数值模拟结果的影响。

无源红外方位标研究

提出在现有条件下利用激光实现无源红外方位标的思路 ,并通过详细计算与分析 。

海上拖缆宽方位多源地震采集枪阵设计与应用

针对海上拖缆宽方位多源地震资料采集对震源的要求,以及现有设备条件的限制,开展了枪阵设计关键技术的研究。在不同枪架和不同容量枪的条件下,通过对大量不同气枪阵列组合震源开展地震子波模拟分析,设计出了不同组合容量的枪阵震源激发得到地震子波特征相同、能量一致的气枪阵列震源组合。将针对不同枪架和配件的枪控设计出的震源阵列组合应用到宽方位多源地震采集项目中,所采集到的实际地震资料的能量和频谱达到预期设计目标,表明所设计的震源阵列符合海上拖缆宽方位多源地震资料采集的要求。

基于遗传算法的无人机纯方位无源定位

为直观表示圆形编队无人机集群中各个无人机之间的相对位置,和便于后续问题的解决。我们分析了无人机之间的几何关系,将圆环上发射信号无人机的位置关系分为四类,并建立纯方位无源定位模型,以3架发射信号无人机之间连线的弦、方向角为圆周角确定3个圆,这3个圆的交点中距离待测无人机理想位置最短的,便是待定位无人机的实际位置。然后为明确无人机理想位置和实际位置的差距,我们建立偏差度指标,实现对无人机编队定位误差的形容。并在每次调整中,我们选择偏差度较小的无人机作为发射信号无人机。最后我们通过使用基于遗传算法改进的迭代法进行计算,经历14次调整后,我们发现无人机总体的平均偏差值变化十分平缓,所以认为此时已经达到较好的调整方案。

方位声波测井仪电子系统设计

针对传统声波测井井下仪器声源没有指向性或无法控制声波信号辐射指向性的不足,研制了方位声波测井仪(AABT,Azimuthally Acoustic Bond Tool)。该仪器能够实现定向测量,评价第Ⅰ界面和第Ⅱ界面的固井质量情况,并具有较好的周向分辨特性,其周向分辨能力可达40°,具有好的一致性和准确性。该仪器与单极子、偶极子和四极子等声波测井声源相比,真正实现了周向扫描测量,在固井质量评价、非均质地层评价、定向射孔、定向钻井和井间地层评价等方面有良好的应用前景。介绍了AABT测井仪的电子系统设计方案。仪器由发射电子线路短节、主测控电子线路短节和声系组成。对仪器电子系统的主要构成模块、各部分的主要功能和关键技术进行了比较详细的分析,并给出了初步的现场试验结果。

无人机遂行飞行中的纯方位无源定位

本文针对无人机编队飞行时的无源定位问题,基于纯方位无源定位方法和极坐标函数推导,对无人机遂行编队飞行时位置信息进行理论分析,建立几何模型,讨论求得部分无人机的位置信息。通过建立极坐标系,给出编队飞行过程中位置调整方案,同时针对圆周上的无人机编队三点定位,利用信号源与信号接收源之间的位置偏差建立几何模型进行定位,该方法充分考虑到了外界对无人机集群飞行时的电磁干扰问题,具有较高的准确性和普适性。

单站无源定位系统中EKF with u的应用

单站无源定位技术有着重要的军事应用价值。而辐射源方位的获取技术(比如干涉仪、比幅)相对成熟、可靠、实现成本较低,所以基于纯方位的无源定位技术得到了广泛研究及应用。本文采用带输入控制的卡尔曼滤波方法(EKF with u)对该定位系统进行了建模,初步探讨了系统估计和控制之间的交联问题。