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。     

基于形态特征的水下小目标识别方法

为应对恐怖组织利用蛙人或水下机器人等小型武器的攻击,需要在一些重要的部位,如港口、码头、海岸洞库和锚泊水域中安装水下智能监控系统,而小目标识别技术是该系统的核心技术之一.本文对蛙人等水下小目标的特征进行了研究,提出基于形态特征的水下小目标识别方法.由实验结果可以得出,此算法具有较高的小目标检测率,有效提高了水下智能监控系统的可靠性.     

“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人的运动控制研究

论文以＂海筝Ⅱ型＂遥控自治水下机器人为研究对象,简要介绍了该型水下机器人的总体性能和运动模型,着重对其运动控制展开研究。利用模糊PID算法来实现该型水下机器人的运动控制。并通过仿真和一系列的试验来验证其控制性能。     

一种基于小孔径基阵的高精度水下目标被动定位方法

研究小孔径基阵条件下的高精度水下目标被动定位是一个具有实用价值的问题。提出一种基于矢量水听器和小孔径标量圆形阵的高精度水下目标被动定位方法。将矢量水听器置于标量圆形阵的圆心处,综合利用标量阵常规波束形成的稳健性和矢量水听器的测向原理,可大幅提高目标的测向精度。并利用多个基阵进行空间方位交汇可对目标进行测距。当存在多个目标时,通过基阵两两组合进行“举手表决”剔除伪解的方法,还可分辨多个目标。仿真结果表明,在4个基阵围成的边长5 km的正方形探测区域内,3个目标测向精度均在1°以内,相对测距误差低于5%,验证了该方法的有效性。     

一种基于小孔径基阵的高精度水下目标被动定位方法

研究小孔径基阵条件下的高精度水下目标被动定位是一个具有实用价值的问题。提出一种基于矢量水听器和小孔径标量圆形阵的高精度水下目标被动定位方法。将矢量水听器置于标量圆形阵的圆心处,综合利用标量阵常规波束形成的稳健性和矢量水听器的测向原理,可大幅提高目标的测向精度。并利用多个基阵进行空间方位交汇可对目标进行测距。当存在多个目标时,通过基阵两两组合进行"举手表决"剔除伪解的方法,还可分辨多个目标。仿真结果表明,在4个基阵围成的边长5 km的正方形探测区域内,3个目标测向精度均在1°以内,相对测距误差低于5%,验证了该方法的有效性。     

多跳水下传感器网络中的功率分配算法

水下无线传感器网络的研究越来越受到学术界的重视,其典型特点是能量和带宽有限.多数水下无线传感器网络的应用都可以归结为参数估计问题.本文针对多跳水下无线传感器网络,对递进式的分布式参数估计算法进行了性能分析.在此基础上,利用交替最小化方法得到功率分配方案,目标是在给定的均方误差性能要求下,使得网络消耗的总功率最小.     

基于信噪峭度比的水下目标动态谱增强算法研究

根据非高斯噪声环境中水下运动目标辐射线谱信号的四阶累积量对角切片特征,定义了信噪峭度比的概念,导出了其理论计算公式.理论分析表明,在一定条件下,信噪峭度比总是大于用自相关函数定义的信噪比,提出了基于信噪峭度比分析法的水下运动目标辐射线谱信号的四阶累积量对角切片谱特征增强新算法.用水下某目标辐射线谱的实测数据,对该算法的性能进行了仿真研究.结果表明,该算法具有良好的抑制非高斯噪声能力,且不必对噪声分布作高斯性假设.因此,该算法具有重要的工程应用价值.     

基于多传感器采集信息的水下机器人导航系统

设计基于多传感器采集信息的水下机器人导航系统,确保水下机器人能够高效完成水下任务,并改善其导航效果。构建水下机器人导航系统结构,传感器采集模块通过安装于水下机器人上的惯性测量单元、水温水压传感器、GPS传感器、视觉传感器获取其姿态、深度、位置、运动环境信息,数据处理模块调用联合卡尔曼滤波算法实现各种信息的融合后,经通信串口传输至运动控制模块,由主控制器实现水下机器人的运动控制。经以太网通信模块将融合后的数据传输到上位机中,导航模块通过避障算法和路径规划算法实现水下机器人的导航,并呈现导航结果。实验结果表明：该系统可实现多传感器采集信息的融合,融合后速度、位置误差获得有效降低;导航轨迹曲线与实际轨迹基本一致;可实现障碍物避障,并规划出运动轨迹。     

水下传感器网络中的分布式参数估计算法

水下无线传感器网络的主要应用都可以归结为参数估计问题。由于其能量和带宽的限制,设计能量高效的参数估计算法,是水下无线传感器网络中信号处理研究领域的核心任务。针对多跳水下无线传感器网络,提出了一种基于压缩数据的分布式参数估计算法。仿真试验表明,该算法具有较高的能量利用率和一定的鲁棒性,而且均方误差性能相比已有的分布式参数估计算法也得到了大幅的提高。     

基于双阵纯方位的水下运动目标运动分析研究

单基阵纯方位水下目标运动分析需要基阵所在平台至少作一次机动,复杂多变的海战环境中,往往并不允许平台执行机动,故通常需利用多维信息对水下目标进行运动分析。本文基于双阵方位进行水下目标运动分析,目前相关公开文献中多是从仿真层面对该问题进行研究,本文在数值仿真的基础上,通过对海试数据的处理,从试验层面研究这一问题。文中采用最大似然估计法和扩展卡尔曼滤波方法进行双阵纯方位水下目标运动分析,通过数值仿真及海试数据的处理,验证算法的有效性。     

单矢量传感器信号处理方位估计

研究基于压差式矢量传感器声压振速联合处理的方位估计算法,获取目标真实方位.采用频数直方图对信号的每个采样区间内的一定采样点数的瞬时方位估计值进行统计,统计出该采样区间内的方位值集中数目,方位值集中数目最多的方向则表明该方向声能流最大,即为目标方向.水池试验结果验证了频数直方图方法可以有效剔除目标估计中界面反射干扰信号引起的方位估值,获得目标真实方位.     

Min-norm spatial spectrum based on acoustic vector-sensor linear array

1 Introduction1 The Min-Norm(MN) algorithm was proposed by Kumaresan and Tufts[1] for estimating the DOA of targets applied at pressure sensor arrays. It has been proved that lower bias and higher resolution of DOA estimation using the MN algorithm is obt…     

Linear track estimation using double pulse sources for near-field underwater moving target

The double pulse sources (DPS) method is presented for linear track estimation in this work. In the field of noise identification of underwater moving target, the Doppler will distort the frequency and amplitude of the radiated noise. To eliminate this, the track estimation is necessary. In the DPS method, we first estimate bearings of two sinusoidal pulse sources installed in the moving target through baseline positioning method. Meanwhile, the emitted and recorded time of each pulse are also acquired. Then the linear track parameters will be achieved based on the geometry pattern with the help of double sources spacing. The simulated results confirm that the DPS improves the performance of the previous double source spacing method. The simulated experiments were carried out using a moving battery car to further evaluate its performance. When the target is 40–60m away, the experiment results show that biases of track azimuth and abeam distance of DPS are under 0.6^o and 3.4m, respectively. And the average deviation of estimated velocity is around 0.25m/s.     

水声网络探测节点的一种运动目标参数估计算法

文章提出了一种水声网络探测节点的运动目标参数估计方法,即基于模型匹配原理的估计算法。给出了算法的原理和仿真分析。     

垂直相关仪测量高速目标深度的仿真分析

高速运动目标产生结构振动噪声,其多普勒效应对相关信号处理的参数估计造成影响。双阵元垂直相关仪主要测量目标俯仰角,并对目标深度进行估计。由带通型限带白噪声的相关特性分析,推导了多普勒容限的理论计算公式,在积分时间较短的条件下可避免互相关损失。浅海多途信道将导致相关峰出现多峰现象,沿深度方向高速运动目标有助于抑制交叉峰。仿真结果表明,信号多普勒容限与理论分析一致,垂直相关仪的时域相关峰结构与实际目标及其界面镜像空间分布规律一致,因而有利于识别直达声信号,且目标深度测量误差控制在10 m内。     

深海矢量噪声场声传播特性研究

矢量声压振速联合处理是建立在信号的声压和质点振速相位基础上,海洋环境边界对声传播的影响将改变矢量声场声压和质点振速的幅度和相位特性。文章根据南海环境条件和水下目标辐射噪声测量采用矢量简正波理论估算海面非相干偶极子噪声源和水下点声源矢量场的幅度和相位随深度的变化,并对矢量水听器测量系统获取的南海典型深度上的背景噪声数据进行了分析。结果表明:深海背景噪声声压谱级在500 Hz以下基本上不随深度变化,在500 Hz-3 kHz频段浅深度背景噪声声压谱级略高于较深深度的背景噪声声压谱级;背景噪声的垂直质点振速谱级要小于声压和水平质点振速谱级。     

河道水流冲刷对推移质运动形态影响试验研究

水流冲刷下的床面是推移质运动的场所，研究微观床面形态对推移质运动的影响，有利于探究床面上推移质运动的规律，对河道治理有较好的促进作用。经过系列水槽试验，选取具有代表性的视频，采用图像识别技术，对视频中运动的物体进行标记，分析推移质在床面运动的规律，探究水流冲刷对推移质运动形态的影响。结果表明：大颗粒在床面上的运动方向与水流方向形成一个小于30°的、路径较直的夹角；小颗粒在床面的运动受近底流速的影响，聚集体会对河床表面水流进行树枝型分流，导致小颗粒的运动方向时刻变化，与水流方向夹角范围在0°～90°，在2个聚集体之间加速较为明显；不同形态的聚集体的稳定性不同，且聚集体之间可相互转化。     

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹.试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关.     

利用DOA和TOA对运动辐射源的单舰无源定位

采用最优加权最小二乘估计和卡尔曼滤波算法,讨论了利用目标到达角和到达时间测量数据对运动目标进行单舰无源定位与跟踪的方法,经计算机仿真证明,该方法在无源定位系统中有一定的参考价值。     

基于运动与表象特征的广域船舶目标识别方法

[目的]旨在提出对航行于关键广阔水域内的船舶进行准确识别和定位的改进方法.[方法]运用视频监控的优点,综合采用基于背景差分算法的运动目标检测方法与基于深度学习算法的图像表象特征识别方法,结合目标的运动特征和图像表象特征,实现多维度广域船舶识别的功能,并对水纹降噪、多级运动检测、航道监控图像窗口分割检测等方法进行改进,进...