基于小型三维阵列的瞬态声源快速被动定位方法

重物在落水和着底过程中都会产生瞬态声信号,这类信号可被运用于浅水区域水下目标定位。 针对浅水区域目标定位的问题,提出了一种基于小型立体五元基阵的瞬态声源快速被动定位算法。 在分析重物落水信号特征的基础上,选取合适的广义互相关加权函数求得传声器之间的声程差,运用快速最小二乘搜索算法进行声源定位。 结果表明:运用 5 传声器阵列可以同时兼顾定位精度和鲁棒性,且满足实时性要求,该方法可运用于浅水区域瞬态声源定位等领域。     

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。     

基于TIN模型的水下地形匹配定位算法

针对当前尚无直接利用海图水深构建不规则三角网(triangulated irregular network,TIN)进行水下地形匹配定位的现状,提出了一种基于TIN模型的水下地形匹配定位算法。首先,在经典TERCOM(terrain contour matching)算法的基础上,设计基于TIN模型的匹配搜索区的确定方法;然后,给出待匹配航迹点的水深值计算公式;最后,构建目标匹配定位的地形相关组合算子,实现匹配定位。实验结果表明:(1)本文所提算法可以用海图的原始水深直接构TIN模型作为匹配基准图进行匹配定位,且其定位精度可明显高于基于规则格网模型的经典TERCOM算法;(2)新方法可以有效的降低误匹配的发生;(3)提出的MMD+MSD组合匹配算子能够一定程度上克服水深系统误差对定位精度的影响。     

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。     

水下爆炸信号的定位研究

被动声纳中,目标定位的测定只能利用目标声源发出的信号或噪声,爆炸声源与常用的电声式脉冲声纳发射器比较起来,具有某些明显的优点,可代替发射换能器来实现距离和方位的测定.针对水下爆炸声源,采用三元标量阵进行研究,通过确定信号到达各个阵元的时延信息来测定其目标方位和距离,并利用内插方法提高定位精度.实验结果表明,不同位置处爆...     

基于LOG算子的侧扫声呐图像水下小目标检测算法研究

针对侧扫声呐图像噪声干扰严重、分辨率低、目标轮廓模糊等特点,提出了一种基于LOG算子的侧扫声呐图像水下小目标检测算法。首先,根据侧扫声呐图像中水下小目标成像特点,对声呐图像进行滤波及聚类分割,大幅降低图像中噪声;然后,采用斑点检测思想,提取侧扫声呐图像中疑似目标区域;最后,基于自动阈值分割算法对声呐图像进行分割,获取目标区域二值图像,使用二阶矩估计目标尺度,剔除虚假目标,最终实现水下小目标准确检测。实验结果表明：该方法计算速度快、检测成功率高,对侧扫声呐图像中的水下小目标具有良好的检测效果。     

不确定海洋环境中基于贝叶斯理论的多声源定位算法

环境参数失配导致定位性能大幅度下降是匹配场定位所面临的难题之一。应用贝叶斯理论对环境聚焦,是当前解决该难题的研究热点。环境聚焦方法的实质是将未知环境参数和声源位置联合优化估计,当出现多个目标时,估计的参数会随着声源个数成倍增加,因此不得不利用有限的观测信息来实现众多参数的估计。本文采用最大似然比方法,获得信号源谱和误差项的最大似然估计,实现这些敏感性较弱参数的间接反演,有效降低了反演参数维数和定位算法复杂度。针对遗传算法的早熟和稳定性差的问题,改进了似然函数的经验表达式。将多维后验概率密度在参数起伏变化范围内积分,得到反演参数的一维边缘概率分布,求解最优值的同时进行反演结果的不确定性分析。本文仿真了位于相同距离、不同深度的两个声源,使用仿真实验验证了提出算法的有效性。     

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。     

基于相关性分析的水下定位异常数据校正及丢失数据修补方法

超短基线是实现水下拖体设备精确导航定位的必备设备,是目前我国在国际海底区域进行资源深入调查研究的重要装备。受水声信号传播损失、多径效应和其它设备噪声等因素的影响,超短基线水下定位数据存在诸多异常点,已严重影响水下定位数据的可信度和使用。针对该问题,本文提出并实现了一种基于相关性分析的剔除随机异常点和回归填充改正算法,并采用国际海底区域实测水下定位数据对算法可靠性进行了验证,同时采用模拟仿真方法对小时间尺度的定位数据进行了预测对比,取得较好效果。结果表明,该算法快捷、有效,有望在后续国际海底区域调查中推广应用,为国际海底资源调查水下装备的准确定位提供直接服务。     

基于多源信息融合的浅海超低频声源目标探测关键技术及实现

以多传感器信息融合理论为指导,结合现代信息处理技术与数据驱动建模及科学计算技术,研究浅海超低频声源目标激发共存地震波的复合声场中超低频声波传播特性和数据驱动建模的水下目标深度识别等关键技术,并论证了技术实现方案及路径。结果表明:以复合矢量水听器、地震波监测仪等多传感器信息融合理论为指导研究前海超低频声源目标可以克服传统声场建模存在的问题,有助于浅海超低频声源目标探测及改善海洋水下声学监测手段。在提高声呐探测设备的测量准确度、精度方面具有重要的理论意义,对周边海域为浅海的我国海防具有实战价值。