基于粒子滤波算法的方位跟踪方法研究

与传统的声压水听器相比,矢量水听器(AVS)可以同时、共点接收水下声场的声压和振速信息,利用单个水听器可以估计出目标的方位(DOA)信息。本文将MUISIC方位估计方法和粒子滤波(Particle Filtering,PF)跟踪方法结合,给出一种高效的水下运动目标的实时方位跟踪方法(PF-MUSIC),仿真对比分析了MUSIC方法和PF-MUISC方法的方位跟踪性能,并通过海上试验验证了跟踪方法的实用性。结果表明:PF-MUSIC法的计算量远小于MUSIC方法,PF-MUSIC方法的误差更小并且跟踪曲线更平滑,适用于对水下目标的实时方位跟踪。     

地波雷达目标方位角估计算法

地波雷达由于其良好的超视距目标探测性能得到广泛重视与研究。而作为参数估计的重要组成部分,获取精确的目标方位估计算法一直是地波雷达阵列信号处理的主要工作。近年来,地波雷达阵列天线不断趋向于小型化,使得在进行方位角估计过程中,高分辨算法得到了研究与应用。本文针对地波雷达阵列接收信号数据特点,重点对比分析3种高分辨算法的性能,为DOA估计提供算法选择依据,具有重要的工程应用价值。     

海底地震仪的优化设计

海底地震仪可用于探测航行舰船地震波信号。然而,由于信噪比较低,容易造成试验数据的失真。主要原因是海底地震仪（OBS）与海底表面的耦合较差。本文根据现有的OBS与沉积物耦合理论,总结了OBS的设计方法：①最小化质量;②合理的与沉积物接触部分的半径;③OBS接近于周围介质的密度;④最小化水中OBS的剖面以及横切面;⑤低密度梯度及关于垂直轴的最大对称性。结合理论,对现役的海底地震仪进行了结构分析。     

声传播多途效应对目标方位估计影响的仿真研究

传统的目标方位估计方法基于这样一个假定,即假设信号是以平面波方式传播的,阵列的各个阵元接收到同一声源的信号波形完全相同,仅仅只是时延不同.然而在浅海环境中,由于声信号传播的多途效应使得这一假设常常不能满足.文中利用简正波理论模型分析了浅海条件下声信号传播的多途效应,并从理论上推导了浅海声传播的多途效应对传统的基于平面波假设的目标方位估计方法的影响,指出浅海声传播的多途效应会导致传统的基于平面波假设的目标方位估计方法产生方位估计偏差,在有些情况下甚至会产生主瓣的分裂,最后通过仿真试验验证了理论推导结论的正确性.     

水下航行器水下障碍规避性能分析与仿真

水下航行器的障碍躲避是提高水下航行器生存能力的关键技术,针对信息融合跟踪算法避障容易误差偏差和局部收敛的问题,提出一种基于Kalman滤波量化融合规避的水下航行器水下避障算法。构建水下航行器的运动系统方程,采用方位信息的量化融合方法进行自适应路径规划,结合Kalman滤波进行障碍信息的干扰抑制,采用强跟踪滤波实现障碍参量信息量化融合规避,实现水下航行器水下障碍躲避。仿真结果表明,采用该方法进行水下航行器避障,能有效规避障碍目标,提高对障碍物的方位估计精度,有效规避的准确概率达到最优。     

海空跨域航行器流体动力特性研究

为了兼顾水下航行器和空中飞行器的优势,本文提出一种基于升力原理实现水空作业且能多次自由穿越水气界面的航行器——海空跨域航行器,应用STAR-CCM+软件,基于重叠网格方法对航行器的气动水动特性进行数值模拟,分别得到了航行器在水中和空中航行时的升阻力以及升阻力系数。通过对结果的分析,验证了该航行器可以分别满足在水中和空中航行时的升阻力要求,这对海空跨域航行器的设计有着重要的参考意义。     

单矢量水听器MUSIC估计与互谱估计的性能比较研究

为了研究单矢量水听器的目标方位估计能力,将MUSIC算法和互谱法分别用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流形特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单矢量水听器的MUSIC高分辨方位估计。对单个的目标进行方位估计仿真,同时将MUSIC算法与互谱法进行比较,得到在低信噪比下,MUSIC算法的方位估计精度要高于互谱法。在高信噪比下,MUSIC算法和互谱法的方位估计有比较好的性能。水库试验数据验证了该MUSIC算法和互谱法的有效性。     

水平线列阵的最佳工作深度选择

水平线列阵是水声信号接收、探测的常见阵列类型,在目标探测,方位估计等方面有着大量的实际应用.海洋声学环境对水平线列阵有着直接而且重要的影响.通过建立简正波声场模型,对水平线列阵在不同深度下的阵信号处理进行计算,可以得到水平线列阵最佳工作条件,这对于提高拖曳线列阵声纳的探测能力有着重要而现实的意义.     

一种改进的纯方位目标运动分析方法研究

本文分析了观测目标初始方位的准确度对纯方位目标运动分析跟踪性能的重要影响。在此基础之上,基于匹配场处理思想提出一种改进的纯方位目标运动分析方法,该方法将目标的初始方位作为待估计量,在目标初始方位可能的空间内进行搜索,构成多个滤波器估计出不同目标初始方位下对应的目标运动参数,并分别推算出目标方位序列作为预测场,根据推算的目标方位序列与实际观测的目标方位序列的匹配性确定目标的实际初始方位,从而实现对目标速度、航向、初始距离、初始方位四要素的完整估计。仿真结果表明,本文方法能够有效提高纯方位目标运动分析方法的跟踪性能。     

基于计算机视觉的船舶纯方位目标跟踪方法研究

受外界环境因素的影响,传统方法在船舶纯方位目标跟踪中存在一定的偏差。为了克服这一问题,引入计算机视觉技术,在待跟踪的船舶上安装计算机视觉传感装置,并利用该装置实时采集船舶航行图像。通过对图像的处理与分析,得到船舶目标的初始位置信息。以定位结果为起点,在构建纯方位目标运动模型的基础上,计算目标船舶的航向角,判断船舶的航迹运动方向。实时更新目标船舶的定位信息与航向角信息,从而实现船舶纯方位目标跟踪。实验结果表明,与传统的目标跟踪方法相比,所设计的方法能够有效降低船舶跟踪误差,具有较强的实用性。