基于目标特征信息融合的潜艇目标识别系统

结合水下目标运动状态估计和目标声特征提取的关键技术,提出了基于目标运动状态特征和声特征信息融合的潜艇目标识别基本原理.首先,采用双通道Power-law水声瞬态信号检测方法和LMS自适应时延估计算法,建立了基于方位时延的目标运动状态跟踪的数学模型,并采用EKF算法实现了水下目标运动状态估计;其次,建立了提取潜艇典型不变声特征的原理模型;最后,提出基于多目标特征信息融合的结构模型,为潜艇目标识别系统的发展奠定了理论基础.     

水下移动静默节点时间同步算法研究

针对同步式测距定位系统的时间同步难题,建立了时间同步误差模型。基于水下航行器在移动沉默状态下同单信标进行时间同步的限定条件,提出2种水下航行器在移动静默状态下同单信标进行时间同步的算法。建立了传播时延变化量同水下航行器运动状态的对应关系,利用单信标测距定位算法实现水下航行器定位的同时给出时间同步误差的估计。仿真结果表明:2种算法均能有效减小时间同步误差,且能容忍声速误差带来的测距误差。     

基于水声传感器网络的目标纯方位运动分析

研究了基于水声传感器网络的目标纯方位运动分析原理及方法,建立了基于水声传感器网络的目标运动分析模型。在此基础上,讨论了模型中多维非线性估计问题,提出了一种基于传感器网络新的水下目标运动分析方法。该方法采用改进的粒子滤波EKF-PF(扩展卡尔曼-粒子滤波)算法实现,并与传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)和粒子滤波(PF)算法进行了比较。通过Monte Carlo仿真分析,表明基于水声传感器网络的目标运动分析方法充分利用了网络的优势和当前测量信息。这种方法对水下目标运动状态估计时,不仅降低了计算量而且表现出较高的估计精度。所得结论为水下传感器网络进行目标被动定位提供了参考。     

浅海宽带声源深度判决方法

被动声呐系统具备区分水面和水下目标的能力是十分重要的。针对此问题,文章提出了一种在浅海环境下利用单水听器区分水面和水下目标进行分类的方法。声源深度判决问题可以看作二元分类问题,在理想浅海波导的相干多途信道模型下,推导了海底和海面反射声与直达声时延差比值的关系式,并基于该比值构建了与声源距离无关的深度判决统计量,利用该统计量与预设门限进行对比,可以对水面和水下声源进行区分。在宽带噪声源的假设下,接收信号的功率谱中含有与多途时延量有关的周期分量,对功率谱进行稀疏性约束,可利用正交匹配追踪算法对海底和海面反射声时延进行估计。计算机仿真给出了时延估计性能,分析了时延估计误差对算法的影响性能,同时利用蒙特卡罗试验方法验证了所提声源深度判决方法的有效性。     

基于方位频率测量的水下被动目标运动分析算法

根据被动观测器所测得的目标方位和多普勒频率信息,通过对新息的伪线性处理,建立了系统线性的状态方程和观测方程,并推导出修正的扩展卡尔曼滤波递推公式,从而对目标的运动状态进行估计。通过蒙特卡罗仿真表明,此算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优点,可应用于远距离的水下被动目标运动分析。     

基于互相关的时延估计方法及其精度分析

基于互相关分析的时延估计方法是无源定位领域中一种重要的时间延迟估计算法.给出基于互相关分析的时延估计方法的信号模型,研究时间延迟估计的数字信号处理算法,分析此方法F的时延估计精度最优下界.仿真结果表明,提出的方法能够检测序列的时延值.     

基于距离参数化EKF滤波器的纯方位目标运动分析

针对纯方位机动目标运动分析问题,提出一种距离参数化EKF(RPEKF)滤波器设计方法,该方法能够有效降低探测平台与目标初始距离不确定性影响,提高目标运动状态估计滤波收敛性。针对水面目标典型机动形式,给出一种适用于RPEKF滤波器目标机动检测方法,基于评估目标方位角观测误差与目标运动状态协方差矩阵检测目标机动,通过重置滤波器保证目标运动状态估计滤波稳定。数字仿真分析结果表明,本文提出的算法能够实现对水面机动目标运动要素的快速无偏估计。     

水声目标辐射噪声谐波特征提取算法

水下目标辐射噪声中的谐波分量包含了反映目标自身本质特性的信息,能否有效提取目标谐波特征关系到目标识别的效果.论文基于目标辐射噪声的一般数理模型,利用最大似然估计和卡尔曼滤波理论,提出一种水下目标辐射噪声谐波特征的提取与分析算法,估计得到了谐波的瞬时基频;然后利用卡尔曼滤波器跟踪瞬时基频的时变特性,实现对基频的精确跟踪和估计;并提取各阶谐波的振幅,得到目标的谐波特征;最后结合仿真信号与实测数据进行对比,验证了谐波特征提取算法估计基频和提取谐波信息的可行性.     

水声目标辐射噪声谐波特征提取算法

水下目标辐射噪声中的谐波分量包含了反映目标自身本质特性的信息,能否有效提取目标谐波特征关系到目标识别的效果。论文基于目标辐射噪声的一般数理模型,利用最大似然估计和卡尔曼滤波理论,提出一种水下目标辐射噪声谐波特征的提取与分析算法,估计得到了谐波的瞬时基频;然后利用卡尔曼滤波器跟踪瞬时基频的时变特性,实现对基频的精确跟踪和估计;并提取各阶谐波的振幅,得到目标的谐波特征;最后结合仿真信号与实测数据进行对比,验证了谐波特征提取算法估计基频和提取谐波信息的可行性。     

互相关时延估计器的硬件设计与实现

基于互相关分析的时延估计方法是无源定位领域中一种重要的时间延迟估计算法。文章给出了基于互相关分析的时延估计方法的信号模型,研究了时间延迟估计的数字信号处理算法,在此基础上基于MSP430单片机、TMS320C54X系列DSP处理器及FPGA芯片实现了一种实时互相关时延估计器。水池试验结果表明了该时延估计器的有效性。