基于CT非线性模型的水下目标跟踪算法比较

针对水下目标跟踪非线性跟踪精度问题,假设目标机动模型为恒转速运动模型,贝叶斯框架下,因扩展卡尔曼滤波跟踪方法进行模型在估计点的泰勒展开,忽略一阶以上高阶项,存在模型误差,比较了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、容积卡尔曼滤波在高斯噪声干扰下滤波误差均方根,以及3种方法运行时间。仿真证明,非线性系统下状态维度为5,容积卡尔曼滤波跟踪的精度高于无迹卡尔曼滤波,无迹卡尔曼滤波高于扩展卡尔曼滤波。该研究为海上目标非线性测量系统提供仿真实例,为进一步滤波算法改进提供基础。     

水下便携式可应答同步编码声源系统研究

本文针对当前及未来多型水下航行体的通用化水下高精度定位跟踪及综合测控要求,开展小型便携式水下声源系统研究,解决了不同水下航行体定位跟踪及水声遥测与遥控的综合测控集成化问题,以及小型水下航行体的通用化声源安装适配性等难题。采用集成化一体式综合设计方案,功能上兼顾水声定位跟踪、水声遥测遥控等功能,性能上其短基线水声定位精度可达R×5‰(R为斜距),远程水声遥测遥控误码率为10~(-5)。本文在系统总体方案中平衡了小尺寸与高性能之间的传统矛盾,大幅缩减声源尺寸和重量,并完成了小型水下滑翔机湖上试验。试验结果证明,该声源系统在比国外类似产品更小尺寸和重量的基础上,同时具备水声定位跟踪和水声遥测遥控等综合测控功能,可为多型水下航行体湖海试验提供高精度实时定位测量及远程应急遥控手段,具有较高的实用价值和良好的市场应用前景。     

传感器测量衰减下的水下目标纯方位跟踪算法

为解决多传感器水下目标纯方位跟踪中的传感器测量衰减问题,建立水下目标静态多传感器纯方位跟踪模型,将传感器测量衰减建模为统计特性已知的随机变量,基于融合中心接收到的各水声传感器的原始测量值,设计了一种集中式状态估计器结构,利用最小方差方法推导出最优的集中式目标状态估计增益。通过算例仿真可以得出,所提出的算法能够在水声传感器不做机动的前提下跟踪目标,弥补了单个水声传感器观测性不足的缺点,对比传统的集中式Kalman估计器,具有更高的精度,能够有效解决传感器测量衰减问题。     

水下拖体声学超短基线定位测量及其卡尔曼滤波技术

水声超短基线定位技术是探测水下目标的有效手段。超短基线定位测得的原始数据具有不同程度的随机离散性。为了得到能够真实反映目标运动轨迹变化的坐标数据 ,本文应用了卡尔曼滤波技术来处理定位原始数据 ,取得了良好的结果     

水声技术

利用声波对水中、海底以及海底以下目标进行探测、定位、跟踪、识别以及水下通讯、导航等的方法与技术。１９１２年“泰坦尼克”号巨型客轮沉没事件,促进了近代水声技术的诞生。第一次世界大战中,出现回声定位声呐。第二次世界大战中,水声技术有较大发展,改进了声呐设备,且出现了声制导鱼雷和音响水雷。５０年代以后,潜艇活动能力的增强与核潜艇的出现,水声物理研究和信息论研究的进展以及无线电电子学、计算机科学和换能器技术、信号处理技术进步,对水声技术的发展有很大促进。目前水声技术除有广泛的军事用途以外,还用于海洋开发…     

基于压缩感知的水下目标定位

研究水声环境下匹配场定位中快拍数少和相干声源导致定位不准确问题。在水下目标定位的稀疏数学模型基础上,通过对测量矩阵中的列向量的模进行标准化,降低了由于距离原因对声源定位性能的影响;使用奇异值分解法对快拍数进行精简,降低了算法的时间复杂度;结合压缩感知理论的SOMP算法,实现高效的水下目标定位。仿真实例验证了该算法的有效性。     

船用拖曳体水声跟踪定位系统

本文介绍利用声学超短基线定位原理设计的一种船用拖曳体水声跟踪定位系统。本系统可以在舰船航速为７～１２ｋｎ的情况下对水下拖曳体进行跟踪定位，其定位精确度优于±０．８°。本文简述了它的基本性能、工作原理、关键技术及试验结果。     

水下噪声源跟踪与自适应卡尔曼滤波

本文根据随机逼近原理提出了一种自适应卡尔曼滤波器,适用于被动声纳对水下噪声源的跟踪。计算机模拟及对被动声纳海上实测数据的处理结果表明,本滤波器具有良好的性能,对目标机动及非平稳观测嗓声均有良好的自适应性。     

水下机器人运动的S面控制方法

由于水下机器人的强非线性以及系统存在不确定性，同时考虑到港湾环境下水声的噪声大，因此，水下机器人进行精确作业时的运动控制一直是其实用化过程中困扰人们的问题，通常水下机器人的控制方式有PID控制器，神经网络控制器和模糊逻辑控制器三种，但是，由于这三种方法在实际应用中都存在一些参数难以确定的缺陷，为了解决这一问题，本文从模糊逻辑控制方式出发，借鉴PID控制的结构形式，推导出一种全新而简单有效的控制方法，定义为S面控制法，从水下机器人的水池试验和海上实验来看，不论是定点的控制精度还是运动过程中的控制效果都较令人满意，尤其是在风浪，潮流都比较大的海上实验中得到验证，鲁帮性很好。     

海洋声速起伏对声传播及定位精度影响分析

海洋中声速起伏导致水声信道发生变化,进而引起声线到达结构的变化,对水声传播及定位精度产生一定影响。为讨论这一效应,基于TDOA体制建立了考虑声线弯曲的水下目标无源定位模型,分析了声速起伏对水下声传播路径及传播时间的影响,进而研究了声速起伏对水下无源定位测量精度影响程度。结果表明:当水平传播距离较大时,声速剖面起伏对声传播路径及传播时间的影响更为显著;以典型四元阵为例,若基线长度为20 km,接收阵位于水下5 km处,在不考虑其它随机误差影响下,海洋声速起伏造成的声源定位误差量级在0.5 m以内。分析结果有助于更好地利用环境特征优化无源定位测量方案,可为高精度水下无源定位系统设计及精度评估提供依据。     

基于最小二乘法的超短基线水声定位系统校准方法

超短基线水声定位系统是海洋工程及水下无人系统中应用较广泛的精密仪器设备,为了提高对水下目标的定位精度,在使用前需对其进行校准。描述了一种基于最小二乘法迭代修正的超短基线水声定位系统校准方法,该方法以最小二乘法为基本原理,通过多次迭代修正的方式,修正基阵与GPS天线之间的平移偏差以及基阵与罗经之间的旋转偏差,从而提高系统的测量精度,最终通过湖上试验验证了该方法的有效性。     

智能水下机器人水声精确定位技术的研究

讨论了智能水下机器人水声定位技术,给出系统的组成、定位教学模型。论述了提高定位精度措施,最后给出试验测量结果。     

波浪能直接驱动机动浮标的推进机构设计

移动观测平台是海洋环境立体观测系统的重要组成部分。遥控水下机器人(ROV)、自治水下机器人(AUV)等移动平台由于需要支持船只和能源供给的限制,影响了它们长时间和大范围使用。本文利用波浪垂荡运动设计一种新型波浪能驱动的机动浮标,该系统由水上浮体和水下推进机构两部分组成,利用波浪垂荡运动,推动水下推进机构叶片的摆动,引起水下推进机构在水平方向向前的升力,使水下推进机构以及水上浮体实现无外在能源供给的自主运动。本文设计制造了波浪驱动机动浮标的实验样机,并进行了海试。实验表明,在中等海况条件下可以实现机动浮标的无动力前进。该设计为海洋环境调查、海洋生态监测和溢油跟踪等提供了一种有效的移动监测平台。     

深海应答器坐标改进正交标定法

深海环境下投放应答器,由于海流、浪和涌的影响,应答器落底的位置很难直接测量。利用海底应答器对水下目标进行定位和跟踪之前,必须对其位置进行准确标定。用一种测量海底应答器坐标的改进方法:改进垂线相交标定法。该方法对测量母船航迹、海深等因素不做要求,依据立体几何原理,采用解析法直接求解应答器平面坐标。用Markov过程模拟母船航迹,进行1 000次蒙特卡洛仿真实验,得到置信度为0.99的标定误差置信区间,结果表明该方法具有很好的标定精度,对测量母船的位置误差鲁棒性好。     

对水下目标的大地坐标测量

在海洋工程中，可利用全球卫星定位系统（ＤＧＰＳ）和各类水声定位系统组成的综合测量系统，精确测量水下目标的大地坐标。本文提出并讨论其系统组成、工作原理、提高测量精度的方法，给出并详细分析海上试验结果     

一种水声组网定位一体化系统设计与实现

水声网络已在海洋信息立体化获取、传输、感知领域中得到广泛研究和应用,水声网络节点的位置是水声网络协议设计、多样化应用中常常需要的重要信息。依托全球定位系统定位、采用常规水声定位技术获取水声网络节点位置等解决方案存在着无法直接水下应用、多节点需多次定位效率低、需要精确时间同步等问题。提出一种水声组网定位一体化方案,该方案利用水声网络运行过程中网络节点互联互通进行的交互可以直接通过应答测距方式进行节点位置解算,从而实现在不影响网络通信的情况下,无需精确同步的通信定位一体化功能。给出了系统组网通信、测距、定位、误差校正等核心环节的设计过程,设计了一套小规模水声网络通信定位试验系统,并开展湖试试验。湖试试验结果初步表明了该系统组网、定位一体化的有效性。     

船载式远程高精度水声定位系统

本文比较了各种水声定位跟踪系统的特点，由此可明显看出长基线模式的船载式水声定位跟踪系统将兼有使用方便、适用性强、定位精度高、作用距离远的优点，仔细分析了要实现这类系统的关键技术难题，介绍了我国自行研制的一个船载式远程高精度水声定位系统的组成和工作原理，该系统还率先突破了主动式水声定位系统中非模糊距离Ｒｍａｘ＝ＣＴ的原理性限制，使系统可进行远程，高数据率跟踪定位     

基于方向信息约束的遥感平台强跟踪定位算法

为了提高机载遥感平台在应对气流抖动和外界强干扰时的定位性能,在加速度自适应截断正态分布的基础上,通过Lagrange乘子法将速度方向信息约束到强跟踪滤波中,得到了基于方向信息约束的强跟踪定位算法。仿真表明:该算法通过在线控制使输出残差强制近似正交,充分利用了方向约束信息。与一般的强跟踪算法相比较,在提高定位精度的同时可及时响应空中机动,较好地解决了机载遥感平台在强机动干扰条件下的跟踪定位问题。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

基于水声环境空间中多模态深度融合模型的目标识别方法研究

随着对水下目标特性研究的深入和声学探测技术的发展,基于单模态的阵列式信息融合或基于空间信息的分布式信息融合的水下目标识别方法研究已有一定成果,但针对复杂海况导致单一物理场或单一融合层次的系统识别性能提高有限等方面影响的水下目标识别方法研究还有所不足,因此,开展基于多模态深度融合模型的水下目标识别方法研究可利用模态互补,共享信息而提升识别率。文中在国内外研究基础上,深入研究了基于到达时差法和多模态方法组合的检测方法,初步形成了基于水声环境空间中多模态深度融合模型的识别框架,开展了海洋中典型自然与人为事件的信号分析与特征提取,并在此基础上,设计新型基于海底基站的被动识别系统。该系统同步记录和由位置等组成的时间序列标记声、磁和压数据,可实现高精度、高分辨率的识别。本研究可满足未来海洋观测对高性能水下目标探测、定位和跟踪系统的迫切需要,为海洋安全监管、海洋突发事件应急响应等领域提供新的技术手段和科学参考。