舰船辐射噪声特征线谱提取方法研究

线谱是船舶辐射噪声中重要的特征信息,为舰船的检测识别和方位跟踪提供了依据。采用Welch算法和CZT变换联合处理舰船的辐射噪声信号能够有效的提取线谱。Welch法在估计功率谱时可以有效减小方差和偏差,这有利于从宽带噪声谱中提取主要的窄带谱;CZT变换可以对窄带谱进行精确分析,提高频率的分辨力,因此这两者的结合有利于从舰船噪声中提取线谱。根据对仿真信号和某实船的辐射噪声信号的分析结果,表明该方法原理简单,能够精确地提取特征线谱,另外利用所提取的船只的特征线谱,还可以对船的航迹进行跟踪。     

高阶谱在矢量声信号特征提取中的应用

在利用矢量水听器对潜艇模型辐射噪声测量和分析的基础上,为了对目标螺旋桨的线谱进行有效识别,使用可抑制加性高斯噪声的高阶谱(1 1/2维谱及互双谱的对角切片)对潜艇模型辐射噪声进行了研究。结果表明:高阶谱不仅可以抑制加性高斯噪声,提高线谱的分辨率,而且利用声压与振速联合进行信息处理的互双谱的对角切片可以明显增强基频分量。     

基于DSP的纳机电矢量水听器定向系统设计

利用单个矢量水听器实现水下声目标方位估计,较传统标量水听器估计方法简单且容易实现.纳机电矢量水听器具有灵敏度高、低频特性好、尺度小等优良特性.基于这种新型矢量水听器,采用DSPTMS320F2812处理器实现对水下声目标方位的实时估计和显示.给出了定向系统总体和各个模块设计原理,完成了相应的硬件电路与软件实现.试验结果表明:系统能稳定地对传感器的输出信号进行采集和角度计算,并能实时显示水下声目标的方位角度.角度误差小于2°.     

数据融合在矢量水听器目标定向估计中的应用

结合多传感器数据融合技术和矢量水听器的目标定向原理,提出了一种水下目标定向估计的改进算法.该算法仍然具有声压阵速联合信息处理所具有的抗各向同性非相干干扰的能力.针对传统平均声强器采用算术平均方法估计被测目标声强的缺点,充分利用被测样本数据,采用基于方差的加权优化数据融合方法估计声强.仿真实验说明,定向融合算法在目标方向0～3600范围和噪声0～15 dB的情况下,比传统的平均声强器具有更高的定向精度.对水下目标检测工程有重要的应用意义.     

矢量水听器阵列宽带相干信号方位估计研究

针对多径条件下相干声源方位估计问题,研究了矢量水听器阵列信号方位估计的MUSIC与ESPRIT方法,并通过空间重采样推广到宽带信号方位估计中.实船噪声的计算机仿真表明:6元矢量水听器阵列可以分辨空间间隔不大于15o的2个目标,并可利用相干信号子空间方法解相干源,在声引信多目标分辨中有应用前景.     

一种矢量水听器浮标补偿角挑选方法

矢量水听器浮标在海上试验时一般需用到真方位、声学方位、罗经值 3 个参数,但罗经安装过程中很难正对大地坐标系正北方向,海上试验前一般都需要校准。针对这个问题,采用了直方图的方法挑选矢量水听器浮标补偿角,挑选出的补偿角用于海上试验时声学测向角度补偿,保证声学方位测量的准确性。     

基于纳机电矢量水听器的水下目标估计

纳机电矢量水听器是一种新型的声音传感器,根据鱼类侧线听觉仿生学原理设计.文中对这种传感器的定向功能进行了研究,综合国内外各种文献中的几种单矢量水听器定向算法,选取了波束形成法应用于纳机电矢量水听器.并对水听器的测向功能进行了室外水库测试,实验结果表明:在室外水库较复杂的环境中,纳机电矢量水听器能够实现声目标定位,为下一步的海洋真实环境测试打下基础.     

纳机电矢量水听器二元阵的实验研究

纳机电矢量水听器根据鱼类听觉器官侧线设计,是一种新型微纳结合的纤毛式水声矢量探测仿生结构。以往关于纳机电矢量水听器的定向研究都是基于单个水听器的,方位角出现了左右舷模糊,波束图的主瓣宽度较宽。为提高水听器的性能,改进了其敏感单元和封装方式,经国防科技工业一级测量站标定,其频率响应范围为20~2 000 Hz,灵敏度为-165 dB。为解决左右舷模糊,采用二元阵进行定向,水听器的两路输出信号被校准一致后,在某开阔水域进行了纳机电矢量水听器二元阵的实验研究,验证了纳机电矢量水听器二元阵水平沿X轴放置时能够唯一确定目标的方位角,但是俯仰角出现了左右舷模糊;对低频信号的定向能力较强;具有可靠的跟踪水下运动目标能力。     

MUSIC算法在矢量水听器阵中的应用研究

文中推导了阵元为矢量水听器时的MU S IC算法。对直线阵情况进行了计算机仿真,结果表明,矢量阵MU-S IC算法与声压阵相比具有更高的方位分辨力。     

利用小波包分析和混沌特征提取进行船舶辐射噪声分类

基于船舶辐射噪声信号具有非线性、非平稳的特征，提出采用提取船舶辐射噪声信号的非线性混沌特征量和多尺度小波能量特征，并将两者综合作为特征参数输入神经网络分类器进行船舶分类识别。实验结果表明，该方法能较好地区分不同类型的船舶。     

矢量曲线数据的"流媒体"传输

网络环境下的空间数据采用从低分辨率到高分辨率逐级追加细节信息的“流媒体”传输,可以使用户在感到显示的信息能满足要求时随时暂停传输,从而提高传输效率,同时辅助从粗到细的信息导航。然而,矢量空间数据要实现这种渐进式的传输与可视化方式,要比栅格、DEM、TIN结构的空间数据复杂。基于Douglas曲线化简算法,在曲线层次化剖分基础上,将综合化简的中间过程由二又树作完整的记录,通过序列三角形的连续叠加,实现曲线的“流媒体”传输。     

一种新型水下声学浮标在目标探测中的应用

针对海上目标探测问题, 将矢量水听器和Argo浮标相结合, 可构建一种具有水中目标探测能力的新型水下声学浮标平台。该浮标平台可多次上浮和下潜, 具有在位时间长、隐蔽性能高、成本低等特点, 单台水下声学浮标即可实现海上目标探测, 利用多台水下声学浮标可快速形成大面积区域覆盖能力。为进一步验证水下声学浮标对海上目标探测性能, 2019年8月在南海海区开展了多台水下声学浮标海上试验, 数据处理结果表明: 南海夏季典型声速剖面下, 水下声学浮标对船长42m航速8.4kn的水面航船目标最远探测距离可达13.8km, 目标估计方位均方根误差最优可达5°, 在水面航船距离最近的1.9km处, 目标估计方位标准差可达2°。     

基于最小均方误差算法消除GPS接收机噪声

从解决GPS接收机受干扰的实际需求出发,阐述了基于LMS算法的自适应滤波器基本原理和不同的噪声产生方式,并对GPS接收机仿真信号与噪声进行叠加。最后用基于LMS算法的自适应滤波器对仿真信号进行消噪处理,得到良好的消噪效果,证明了基于LMS算法的自适应滤波器能够应用于GPS接收机滤波系统。     

System Identification Modeling of Ship Manoeuvring Motion in 4 Degrees of Freedom Based on Support Vector Machines

Based on support vector machines, three modeling methods, i.e., white-box modeling, grey-box modeling and black-box modeling of ship manoeuvring motion in 4 degrees of freedom are investigated. With the whole-ship mathematical model for ship manoeuvring motion, in which the hydrodynamic coefficients are obtained from roll planar motion mechanism test, some zigzag tests and turning circle manoeuvres are simulated. In the white-box modeling and grey-box modeling, the training data taken every 5 s from the simulated 20°/20° zigzag test are used, while in the black-box modeling, the training data taken every 5 s from the simulated 15°/15°, 20°/20° zigzag tests and 15°, 25° turning manoeuvres are used; and the trained support vector machines are used to predict the whole 20°/20° zigzag test. Comparisons between the simulated and predicted 20?/20° zigzag tests show good predictive ability of the proposed methods. Besides, all mathematical models obtained by the proposed modeling methods are used to predict the 10°/10° zigzag test and 35° turning circle manoeuvre, and the predicted results are compared with those of simulation tests to demonstrate the good generalization performance of the mathematical models. Finally, the proposed modeling methods are analyzed and compared with each other in aspects of application conditions, prediction accuracy and computation speed. The appropriate modeling method can be chosen according to the intended use of the mathematical models and the available data needed for system identification.     

用数学形态学变换提取地性线的一种方法

地性线是非常重要的地形结构信息,应用领域十分广阔。采用单纯的矢量方法提取的地性线往往不连续,比较零碎。阐述了利用数学形态学的流域分割算法提取地性线的原理,介绍了基于等高线,采用矢量栅格混合算法提取地性线的具体步骤,最后,给出了结论,实验结果表明,采用本文提出的算法是可行的,提取的地性线有较好的连续性。     

Experimental Study of a Command Governor Adaptive Depth Controller for an Unmanned Underwater Vehicle

Unmanned Underwater Vehicles (UUVs) are increasingly being used in advanced applications that require them to operate in tandem with human divers and around underwater infrastructure and other vehicles. These applications require precise control of the UUVs which is challenging due to the non-linear and time varying nature of the hydrodynamic forces, presence of external disturbances, uncertainties and unexpected changes that can occur within the UUV’s operating environment. Adaptive control has been identified as a promising solution to achieve desired control within such dynamic environments. Nevertheless, adaptive control in its basic form, such as Model Reference Adaptive Control (MRAC) has a trade-off between the adaptation rate and transient performance. Even though, higher adaptation rates produce better performance they can lead to instabilities and actuator fatigue due to high frequency oscillations in the control signal. Command Governor Adaptive Control (CGAC) is a possible solution to achieve better transient performance at low adaptation rates. In this study CGAC has been experimentally validated for depth control of a UUV, which is a unique challenge due to the unavailability of full state measurement and a greater thrust requirement. These in turn leads to additional noise from state estimation, time-delays from input noise filters, higher energy expenditure and susceptibility to saturation. Experimental results show that CGAC is more robust against noise and time-delays and has lower energy expenditure and thruster saturation. In addition, CGAC offers better tracking, disturbance rejection and tolerance to partial thruster failure compared to the MRAC.     

多元自适应样条回归预报浮游植物总量分析

在浮游植物总量与环境因子的定量关系研究中,使用了多元自适应样条回归模型。基于2003年5-9月渤海湾地区浮游植物总量及各种环境因子的实测数据,经过与投影寻踪回归模型预报结果对比,表明多元自适应样条回归很好地反映了浮游植物总量与环境因子定量关系并且是预报赤潮的较好模型。