基于模糊数学的AIS和被动声呐航迹关联算法研究

针对AIS系统和被动声呐航迹的关联问题,提出了基于模糊数学的关联算法。该算法引入了AIS航迹可靠性的概念,提出了包含船舶与被动声呐间角度、距离、航迹可靠性等3个因素的关联隶属度函数与权重分配。通过实验验证,该算法可以较好地实现AIS与被动声呐间的航迹关联,为声呐信号复盘分析和自动化处理提供了借鉴。     

被动声呐的高分辨率目标方位估计

本文讨论应用高分辨率非线性谱分析技术进行水声目标方位的估计。文中针对水声信号特点，通过主值频谱抽取方法克服宽频带非线性方位估计的大运算量难题，大大简化了计算复杂性，同时还保证了较高的信噪比。经模拟计算表明，该方法实现简单，有较常规波束形成法为高的方位分辨率     

一种猎雷声呐信号被动定向技术研究

介绍了一种猎雷声呐脉冲信号被动定位的测向方法。反猎水雷采用被动声自导方式,利用猎雷声呐发射的窄带脉冲信号,采用自适应 notch 滤波器估计信号的包络、频率、相位差。采用时延差粗测与相位差精测相结合的方法实现时延估计。此方法不仅对 CW 脉冲信号可测向、测距,还可适用于调频、跳频信号。 该方法已通过仿真及实测数据验证有效。     

水下目标方位估计的一种新方法

矢量传感器是一种新型水声传感器。介绍了应用矢量传感器确定目标方位的理论和方法，给出了仿真和实验研究结果，讨论了矢量传感器具体体积小、输出信号多、抗各向同性干扰等特性。最后定性地分析了目标方位的方位估值误差。     

基于单矢量水听器四种方位估计方法

单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。     

一种基于MATLAB的声呐条带图像自动拼接算法

准确地实现侧扫声呐条带的拼接对于了解海底地形、提高对海床地物反映的准确度起着重要的作用,而相邻条带的配准是声呐条带拼接的重要前提.MATLAB以其强大的矩阵运算功能及具有丰富的图像处理函数等特点,在图像处理方面占据明显的优势.文中利用MATLAB的IPT工具箱实现了基于互信息方法的声呐条带图像的自动快速配准,通过实验验证了该配准方法的有效性.并用小波变换方法对配准好的条带图像进行融合,实现声呐条带图像的有效拼接和镶嵌.     

一种侧扫声呐检测力的评价方法

侧扫声呐是海洋调查常用的探测仪器,为保证测量数据的准确性,对其实际探测性能的评价就显得尤为迫切。文中从侧扫声呐的工作原理出发,梳理了检测力和分辨力在概念上的混淆,并提出了一种评价检测力的方法;通过在海底人工放置一些已知大小的目标物,精确测量各个目标物的位置信息,并使用EdgeTech 4200MP双频侧扫声呐系统对目标物进行扫测试验以检测其检测力。结果表明,目标物和航迹线方向平行时,能够清晰地分辨直径或边长为20 cm,30 cm的物体,不能分辨出直径为10 cm的圆形物体,但能较清晰的分辨出直径为0.9 cm的长绳;目标物在垂直航迹线方向时,能够清晰地分辨直径或边长为10 cm的目标物,但是不能分辨出直径为0.9 cm的长绳;综合评价得出其纵向检测力优于1 cm,横向检测力优于10 cm。对常用声呐探测仪器的标准化体系的建立有一定的帮助。     

一种粒子概率假设密度的模糊关联方法

为了解决目标数未知情况下的多目标跟踪问题,本文研究基于粒子概率假设密度滤波器(PF-PHDF)的多目标跟踪系统。针对PF-PHDF的局限性,提出一种基于随机有限集理论的模糊关联方法。该方法首先利用粒子滤波的方法估计多目标组成的随机有限集合,并用模糊C-均值聚类算法给出多目标的状态估计值和目标的个数;然后利用模糊关联算法对PF-PHDF所得到的目标状态集合进行检测和关联,有效解决了PF-PHDF无法得到目标的运动轨迹,也不能确定目标的身份的弊端;最后通过建立临时航迹滤掉了多余的杂波点并给出各个目标的运动轨迹。实验结果表明:本文方法不但能够给出各个目标的运动轨迹,而且还能提高多目标跟踪的精度。     

一种基于环境噪声的被动测深方法

研究利用环境噪声进行水深探测的一种被动测深的方法。基于阵列信号处理,应用时域格林函数恢复原理,获取被动接收阵中接收信号所隐藏的时延信息,探索利用垂直海底传播的海洋环境噪声可实现水深探测的原理,建立了基于二元垂直阵的被动测深数学模型,分析了水听器接收到的环境噪声直达波及海底反射信号的时延与水听器阵列尺寸及海底深度间的数学关系,推导了深度解算理论公式。计算机仿真及水池实验验证了方法的有效性,为被动水深探测提供了一种新的技术途径。     

一种便携式侧扫声呐舷侧支架的设计及实现

针对测量船进行侧扫声呐收放过程中人身和拖鱼存在安全隐患的问题,设计研制了一种便携式侧扫声呐舷侧支架。通过SOLIDWORKS对便携式侧扫声呐舷侧支架结构进行了设计,对零部件以及整体结构进行了力学分析和验算,基于ABAQUS有限元软件对不同工况下的侧扫声呐舷侧支架结构进行了有限元分析与仿真。最后,对便携式侧扫声呐舷侧支架进行加工制造以及安装测试,并对结构强度进行了验证。结果表明,该设备安全可靠,省时省力,可有效提高作业现场的工作效率。     

收发分置声纳浅海近程混响信号建模研究

研究了收发分置声纳浅海近程混响的建模与仿真,模型主要基于单元散射理论,依据散射系数相关半径来划分海面、海底散射单元,通过模拟海面、海底混响形成的物理过程建立单接收与多接收模型。模型中考虑声纳设备参数(指向性、收发位置、发射信号)及环境因素(海面运动、海底粗糙程度)对混响建模的影响。设计程序实现浅海近程单接收与多接收混响信号模型并仿真计算出混响时间序列,提供GUI(Graphical User Interface)用户图形界面支持。对建模仿真的混响信号进行统计分析,验证了论文建立的浅海混响信号模型的正确性。     

基于四阶累积量的被动测向声纳高分辨力算法研究

利用高阶累积量的阵列扩展和抑制高斯噪声特性,提出1种基于四阶累积量的逆波束形成算法,并通过滑动平均进一步改善了算法。仿真结果和实验数据表明:逆波束形成算法较常规波束形成方法在空间方位分辨力和噪声抑制能力上明显提高,可以更有效地应用于被动测向声纳中。     

基于L型阵列的二维CAATI算法高分辨DOA估计

将多角测深侧扫声纳（MSBSS）中应用的计算到达角瞬态成像（CAATI）技术扩展到三维空间,提出一种基于L型阵列的二维CAATI高分辨DOA估计方法,同时解决了信号的参数配对问题。该算法具有运算量和快拍数均较小的优点,为水下三维高分辨探测提供了可能。     

A Novel Method for Real-Time Monitoring of Channel Siltation Based on Bistatic Scattering Theory

Monitoring the thickness changes of channel siltation is paramount in safeguarding navigation and guiding dredging.This paper presents a novel method for realizing the field monitoring of channel siltation in real time.The method is based on the bistatic scattering theory and concerned more with the receiving and processing of multipath signal at high-frequency and small grazing angle.By use of the multipath propagation structure of underwater acoustic channel,the method obtains the silt thickness by calculating the relative time delay of acoustic signals between the direct and the shortest bottom reflected paths.Bistatic transducer pairs are employed to transmit and receive the acoustic signals,and the GPS time synchronization technology is introduced to synchronize the transmitter and receiver.The WRELAX (Weighted Fourier transform and RELAX) algorithm is used to obtain the high resolution estimation of multipath time delay.To examine the feasibility of the presented method and the accuracy and precision of the developed system,a series of sea trials are conducted in the southwest coast area of Dalian City,north of the Yellow Sea.The experimental results are compared with that using high-resolution dual echo sounder HydroBoxTM,and the uncertainty is smaller than ±0.06 m.Compared with the existing means for measuring the silt thickness,the present method is innovative,and the system is stable,efficient and provides a better real-time performance.It especially suits monitoring the narrow channel with rapid changes of siltation.     

基于倒双谱的地震子波估计方法

根据倒双谱兼有倒谱和双谱优势的特点,利用地震记录的倒双谱估计地震子波。首先采用基于二维傅里叶变换的倒双谱计算方法,求取地震记录的倒双谱系数,再利用倒双谱系数分别得到地震子波的最大和最小相位分量,进而重构出地震子波。该方法避免了双谱法提取地震子波过程中的相位计算。合成数据实验和实际地震资料处理结果表明倒双谱法能较准确的估计地震子波,效果优于双谱法。     

A Statistical Analysis of the Detection Performance of a Broadband Splitbeam Passive Sonar

An operational passive sonar is required to detect signals from sources, which are subject to spatial and temporal coherence losses via modifications by the ocean environment. Furthermore, these signals are to be detected in the presence of frequency-dependent correlated noise fields. For a system which employs splitbeam cross-correlation processing, the spatial and spectral properties of the signal and noise are of significant import. Therefore, the exact probability density and cumulative distribution functions of the N-sampled correlator outputs of a splitbeam broadband passive sonar are derived for the case of Gaussian inputs which are described by arbitrary cross-spectral density matrices. The validity of approximating the exact probability density function (pdf) as a Gaussian distribution is investigated. The effect of signal coherence loss and noise correlation on the detection performance is considered and the associated processing loss is expressed as a degradation factor within the detection threshold equation     

侧扫声纳图像地理编码方法研究

从侧扫声纳各类数据的特点出发,通过构建声纳图像的地理编码模型,提出侧扫声纳图像地理编码方法,将声纳回波数据与定位数据一一对应。实验数据结果表明:该方法是合理可行的,不仅较好地处理了定位数据,消除了拖鱼轨迹线上的折点和扇形裂缝,而且可实现海底回波点的地理定位。