一种改进的被动合成孔径算法用于舰船辐射噪声检测

舰船辐射噪声在低频段具有稳定的线谱成分,利用该线谱成分可以实现对水下目标的检测。被动合成孔径声呐(Passive Synthetic Aperture Sonar,PSAS)技术是对小孔径基阵沿直线运动接收到的信号进行孔径合成处理,以时间增益换取空间增益,进而提高对弱目标信号的检测能力。该文中提出一种改进的被动合成孔径算法较之常规孔径合成算法不要求阵元相互重叠,综合考虑接收阵元在时间域和空间域上变化,分时间段进行处理,继而可直接进行时延补偿,理论分析结合实际仿真、海试数据综合验证算法及其性能。研究表明:改进的被动合成孔径算法具有一定有效性和可行性,且便于工程实际应用。

被动合成孔径声呐阵列目标远程定位

该文讨论了被动合成孔径声呐远程定位问题。首先得到了合成孔径声呐阵列接收的声场方程,利用简正波滤波新方法,通过短线阵的水平移动,实现远程目标方位、深度及距离的定位。数值仿真结果表明,通过阵列的移动,可以合成大的孔径,提高目标的方位、距离估计精度。对合成孔径声呐阵列,利用简正波滤波方法可以很有效地实现对目标方位、深度及距离的估计。

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 .

空时被动合成孔径阵列处理算法研究

本文介绍了两种被动合成孔径阵列处理算法。第一种算法是通过空时数据的互协方差矩阵估计,来精确估计相位校正因子,以提高孔径合成性能;另一种是在前一种算法基础之上,利用对信号子空间的低秩近似来提高低信噪比环境下相位校正因子的估计性能,从而提高被动合成孔径性能的算法。通过对仿真数据和实验数据的分析和比较,说明这两种新算法在较低信噪比下可以得到比传统的ETAM和后来的时域ETAM算法更好的相位估计与方位分辨性能和信号增益。

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。

契比雪夫加权应用被动合成孔径处理算法研究

提出了将契比雪夫加权应用于被动合成孔径处理算法。被动合成孔径技术对小孔径基阵沿直线运动接收到的信号进行合成处理,从而达到虚拟大孔径基阵方位分辨力效果。将契比雪夫加权应用于线阵合成孔径前后波束图的指向性研究,对主瓣宽度变化予以合理解释。理论分析结合仿真验证表明,被动合成孔径处理算法应用契比雪夫加权可以在给定的旁瓣高度要求下获得等旁瓣级,等旁瓣级下可提高对弱目标信号的检测分辨能力。

舰船辐射噪声检测的被动合成孔径算法

舰船辐射噪声在低频段具有稳定的线谱成分,其特征信息丰富,利用该线谱成分可以实现对水下目标的检测。被动合成孔径(Passive Synthetic Aperture Sonar,PSAS)算法对小孔径基阵沿直线运动接收到的信号进行合成处理,从而达到虚拟大孔径基阵的方位分辨力效果,进而提高对弱目标信号的检测能力。理论分析结合仿真不同因素对被动合成孔径算法影响,验证了算法的有效性和可行性。

基于被动合成孔径的单星无源高精度定位方法

针对传统单星无源定位方法受瞬时测频和测角精度的影响,定位精度多为千米量级,无法实现对舰艇编队、车辆编队等密集编队目标的识别,分辨率低,提出了基于被动合成孔径的单星无源定位方法,将辐射源目标相对于卫星的位置化为方位向和距离向参数。在距离向上,利用距离、卫星等效速度和调频率的关系,通过离散傅里叶变换实现对调频率的准确估计,实现了距离向高分辨;在方位向上,通过脉冲压缩在较长合成孔径时间内,卫星合成了一个长达数千米的虚拟天线孔径,合成后的极窄波束实现了辐射源方位向高分辨。通过公式推导证明其方位向上的分辨率与天线孔径的平方是一个数量级,距离上的分辨率是天线孔径的一半,均可达到米级的分辨率。最终通过无人机实验和卫星数据证明了该方法的可行性。

曲线机动情况下水下自主平台的改进被动合成孔径算法研究

水下自主无人平台(AUV)在曲线机动情况下利用传统ETAM方法扩展孔径时,目标方位估计结果无法聚焦到真实方位,估计偏差严重,针对这一问题,该文结合运动补偿提出一种新的ETAM算法。该算法将波束域与阵元域结合处理,在波束域获取相位信息,在阵元域对相位信息进行线性拟合,有效克服曲线运动造成的相位误差,得到相位修正因子后对连续测量进行相位补偿,实现孔径扩展。仿真和试验结果表明,无论平台直线航行还是曲线机动,该算法在对比算法失效的情况下,仍具有很高的测向精度、角度分辨率及空间增益,且适用于多目标的分辨,在较低信噪比下对性能的改善更为明显,有较强的实用性和环境宽容性。

宽带被动合成孔径中两种MGFETAM算法

被动合成孔径算法利用重叠相关法求解运动短线阵连续两批测量序列的相位相干因子来合成虚拟阵元以扩展阵列的有效孔径。提出了改善相位相干因子求解精度的两种修正被动合成孔径算法:交叉重叠算法和数据扩展算法。对海上实录的目标宽带信号进行被动合成孔径处理,并与GFETAM算法性能进行了比较,证实能进一步提高短线阵的方位分辨力。

子阵位移误差条件下的线阵被动合成孔径方法研究

研究子阵位移误差对被动合成孔径定位结果的影响,通过将各虚拟子阵阵间位移误差作为参数引入阵列模型,提出一种基于子阵位移失配模型的直线阵稀疏贝叶斯目标方位估计方法,可同时估计子阵间位移误差和波达方向。仿真和水池水平阵被动合成孔径实验结果表明,使用子阵位移误差情况下的稀疏贝叶斯目标方位估计方法进行多声源情况下被动合成孔径方位估计,可在一定程度上减小阵列速度失配引起的估计误差。

深海声信道中的被动合成孔径

被动合成孔径技术通过对直线运动的小孔径基阵的接收信号进行处理,以时间积累换取空间增益,从而提高对目标的方位分辨和检测能力.理论分析表明,只有当(用于合成孔径的)物理子阵所处声场的水平相关半径远大于合成所用子阵尺寸时,被动合成孔径的探测性能才会较常规物理孔径基阵有明显优势.深海声信道中,声场水平相关的空间变化会对被动合成孔径技术的性能存在较大影响,本文利用2014年南中国海深海信道条件下的实验数据,开展了被动合成孔径和常规物理基阵的性能对比分析,用波束域扩展拖曳线列阵测量方法将32阵元(48 m)的物理子阵合成了160阵元(240 m)的虚拟阵,结果表明:当声场水平相关半径超过240 m时,160阵元虚拟阵的处理增益最高比32阵元的物理子阵高出9.5 dB,与理论预测数值一致;当水平相关半径小于30 m时,160阵元虚拟阵的处理增益只比32阵元的物理子阵高出6 dB,而其探测性能实际已经接近32阵元物理子阵.这也说明,在深海信道影区内声场水平相关半径较小,被动合成孔径技术的探测性能因此受到限制,较之常规物理孔径基阵的优势并不明显;而在声场水平相关半径较大的深海信道会聚区内,被动合成孔径技术的探测性能有明显改善,较之常规物理孔径基阵的优势明显.

基于舰船噪声线谱特征的ETAM方法仿真研究

拖曳线列阵的方位分辨率是一项重要性能指标,而它被拖曳线列阵的阵列孔径所限制。针对这一问题,文中提出了基于舰船噪声线谱特征的ETAM方法,利用舰船噪声在低频段的稳定线谱成份,采用ETAM被动合成孔径算法扩展拖曳线列阵的孔径,从而达到显著提高方位分辨率的目的。只要ETAM的积分时间小于海洋声信道的时间相关长度,可将拖曳线列阵的等效孔径扩展到不大于海洋声信道的空间相关长度的任意尺寸。经仿真实验验证,该方法是有效的、可行的,且算法简单、易于实时实现,是一种具有良好应用前景的高分辨方位估计方法。

波束域ETAM算法在无人水下航行器中的应用

线列阵的方位分辨率受阵列孔径所限制;结合基于UUV(Unmanned Undersea Vehicle)小型拖线阵的应用,针对时域ETAM方法在等强度多源检测时性能下降的问题,提出采用波束域ETAM方法进行被动孔径合成处理;在满足时空相关特性前提下,该方法利用目标噪声中的低频线谱成分,根据时间处理增益转换为空间处理增益思想,通过时间补偿,对阵列孔径进行扩展,从而达到获得高动态空间增益、显著改善目标方位分辨力的目的;分析结果表明,该算法具有很好的多源检测性能,而且进一步验证了其高分辨特性,在UUV平台上具有很高的应用价值。

强干扰环境水下运动阵列方位估计的新方法

针对水下存在方位不确定的强干扰源时基于合成孔径技术的多目标方位估计方法失效的问题,提出一种基于稳健卡朋波束形成器(RCB)的波束域处理技术的扩展拖曳阵测量方法(RCB-ETAM).该方法先利用物理线列阵的直线运动特点和水中信号的相干性,通过对不同时段的数据进行相位补偿将物理阵的数据矩阵合成更长孔径的虚拟阵的数据矩阵,然后根据虚拟阵数据和干扰源方位,使用RCB自适应调整虚拟阵元权值在感兴趣的范围内形成若干个波束,每个波束在干扰源方位形成零陷从而减小干扰对波束输出结果的影响,最后将虚拟阵数据转换到波束域,使用常规波束形成方法得到目标方位.仿真结果表明,与ETAM方法相比,RCB-ETAM的抗强干扰能力有了很大提高,在ETAM完全失效的情况下,依然能够给出目标方位的准确估计.

基于相位估计和线性拟合的运动补偿方法

结合基于无人水下航行器(UUV)小型拖线阵的应用,针对常规扩展拖曳阵测量方法(ETAM)在阵列存在运动误差时算法性能有所下降,提出一种运动误差估计与相位校正法。在阵形保持直线阵的前提下,采用最小二乘算法对相邻两次测量中位置重叠阵元相位相关因子进行线性拟合,根据拟合出的关系式对阵列输出数据进行相位补偿,从而有效克服线列阵的偏航带来的相位误差。在阵列偏航3°和5°时,仿真结果表明新算法的方位分辨性能有所提高。

扩展拖曳阵宽带频域逆波束形成技术研究

为了提高扩展拖曳阵在低信噪比下对目标的探测性能,本文将基于扩展拖曳阵方法的被动合成孔径技术与宽带频域逆波束形成技术进行了结合,形成了一种新的被动合成孔径测向技术,有效地提高了扩展拖曳阵技术的探测性能,改善了传统基于被动合成孔径测向技术在低信噪比下性能急剧下降的问题,在低信噪比下获得了更高的方位分辨率,同时对于多目标及弱目标检测能力也更为优异。计算机仿真和海试数据的处理都证明了这一算法的良好性能。