任意阵列形状的欠定多目标方位估计

随着人类社会对海洋认识和探索的深入,对水下监测和探测设备提出了更高的要求,探测阵列模型和阵列信号处理算法决定了监测和探测设备的复杂度。 针对特定水下多目标定位平台的复杂环境,建立了一种任意空间阵列数学模型,介绍了四阶累积量算法,分析了阵列信号处理中四阶累积量的阵列扩展特性。 基于四阶累积量的 MUSIC 算法的空间谱分析,建立了任意阵列形状的欠自由度多目标方位估计的理论基础。 计算机仿真结果表明了算法的正确性和有效性。     

我国周边海域典型海洋锋特征建模研究

基于海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,结合海洋锋空间结构几何模型,建立了区域海洋锋温盐三维结构快速重构特征模型,对黄海西部沿岸锋和东海黑潮中段锋锋区温度场进行了仿真计算,并与实测数据进行了比较分析,实验结果表明：仿真结果与实测数据符合较好,实验结果验证了特征模型的有效性和可推广性。海洋锋区声速具有明显的水平梯度变化,对声纳的水下探测和反探测产生显著影响,因此,需要建立实时估计获取锋区水下温、盐结构的方法。海洋锋特征模型能够快速有效地重构海洋锋区温度场,为实时获取海洋锋水下结构特征提供了方法。     

基于LM方法的单位四元数光束法平差模型解算

以单位四元数描述遥感影像共线条件方程,建立基于单位四元数的光束法平差模型。针对共线条件方程的非线性问题,基于LM(Levenberg-Marquardt)方法解算单位四元数光束法平差模型,并引入丹麦法实现无人机影像外方位元素的抗差估计。基于仿真数据和无人机影像对该方法进行了验证,结果表明:与基于单位四元数的无初值依赖算法进行比较,LM方法具有与单位四元数法相当的可靠性;引入丹麦法方法后可消除粗差观测值对参数估计的不利影响,得到较高精度的外方位元素估值。     

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。     

基于改进LM-GN算法的磁性目标定位方法研究

利用三轴磁传感器阵列对水下磁性目标进行定位是典型的非线性最小二乘优化问题,传统高斯– 牛顿（GN）法和列文伯格–马夸尔特（LM）算法在求解该问题时具有初值敏感性问题。通过引入信赖域搜索技术,对 LM 算法进行改进,并基于改进的 LM 算法实现磁性目标定位,又通过设置判断阈值来评估迭代点与最优解的距离,提出一种结合改进 LM 算法和高斯–牛顿法特点的改进 LM-GN 算法,既降低了算法对初始值的依赖性,又提高了运行效率。仿真实验结果表明：该方法可以克服现有方法中受初始值影响较大的问题,对目标特征参数的估计更精确,且收敛速度快,具有一定的实际应用价值。     

基于改进量子粒子群算法的AUV路径规划研究

针对海洋环境下自主水下机器人（AUV）的路径规划问题,提出了一种基于框架四叉树的改进量子粒子群算法（QPSO）,首先使用框架四叉树的方法对障碍物建模,该方法提高了建模的精度且对后续算法的效率也有极大的改进,之后设计改进的量子粒子群算法,并且结合水下环境的特殊性设计适应度函数,综合考虑航线路径长度、偏转角度以及海流影响,使得算法可以在水下环境中寻得能耗最短的解路径。最后通过仿真试验验证,相比于传统的栅格法和粒子群算法,改进量子粒子群算法的运算时间更短,收敛速度更快,其独特的适应度函数可以使AUV能更好适应水下多变的环境,且能利用海流设计能耗更小的路径,具有很大的实用价值。     

基于凝集质量法的海洋缆索动力学建模与仿真技术

海洋缆索广泛用于海洋工程领域,海上作业过程中海缆在波浪、流等动力因素作用下容易产生显著的动力响应。为保证海上作业的安全,需要对海缆的动力响应进行有效的分析和研究。首先介绍了缆索的通用弹性动力学方程,然后给出了用凝集质量法求解此方程的模型,算法采用四阶龙格库塔法,利用Matlab仿真计算了水下拖缆回转的形态,经验证,结果有效。由此可得到凝集质量法在解决缆索动力问题中,也是一个很好的选择。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

一种适用于水声通信的Doppler估计算法

在水下声通信中,收发双方相对运动产生的Doppler效应会导致信号的伸缩,引起信噪比的降级,需要采用Doppler补偿措施。在补偿前需要得到Doppler估计。文中提出了一种利用DFT进行Doppler估计的有效算法,该算法通过估计频率偏移来计算Doppler率。仿真结果验证了该算法的有效性。     

SAR影像仿真与水下地形反演的阻尼牛顿—行作用法

研究了浅海SAR影像仿真与水下地形反演的数值方法。将仿真与反演问题模型处理为相互独立的依赖于时间的非线性偏微分方程动力系统。使反演问题模型仅依赖于SAR影像灰度值，计算可一次性完成，计算过程中无须与正问题进行数据交互，在此基础上，提出了仿真与反演的一种新的一致性优化算法：阻尼牛顿-行作用法．数值实验结果表明，算法对SAR影像仿真问题具有高效、可靠、计算稳定的特征；对水下地形反演问题也有较强的数值稳定性和较高的计算精度。本文3个算例反演出的地形与实际地形之间的相关系数都优于0．72029．