一种水下三维被动定位技术

本文给出了一种三维被动定位方法。该方法利用三元水平阵和二元垂直阵实现对目标的三维定位。由三元水平阵首先求得目标斜距和目标方位,在此基础上利用垂直阵估计目标深度坐标,最后综合已有测量结果来求解目标水平坐标。本文还通过仿真分析了该方法的定位性能。     

一种主动浮标阵的定位解算方法仿真分析

在研究单枚主动定向浮标定位原理的基础上,推导出一种利用最小二乘法解算多枚浮标的定位结果的方法,并针对圆阵就阵元个数、圆阵半径以及测距误差对该解算方法的性能影响进行了数值仿真分析。仿真结果表明,该算法在测向均方误差较大或者目标在距离圆内的情况下,性能远优于单枚主动定向浮标;圆阵半径2 km左右,阵元个数在6左右时,该解算方法的性能达到最佳。此外,该解算算法很容易被扩展至三维定位问题,因此有一定的理论和应用价值。     

三维声发射源定位实验简易实现方法

本文针对声发射技术中的三维定位问题提出一种新的简易实验方案.通过传感器接收的时差信息和空间坐标实现三维立体结构中的声发射源定位,操作和计算简单,降低了实验成本.该实验方法不仅可以直观地实现三维声发射源定位过程,还可以实现声速的测量.本设计加深了学生对物理问题的理解,提高了学生对声发射技术和声源定位技术的兴趣,适合普及.     

基于简正波分解的不同阵列匹配场定位性能分析

针对利用不同阵列对浅海环境中水下目标的定位问题,基于简正波分解方法,对组合阵的目标声源定位性能进行了研究,着力解决在实际实验环境下定位性能不够高的问题,并降低实验设备布放难度.在浅海环境下,基于匹配场理论的声接收阵可实现目标的定位,但定位性能受阵形、阵元数目等影响.通过研究不同声接收阵的简正波分解矩阵,可以有效辨别不同阵形定位性能的优劣.仿真实验表明,当某一子阵简正波分解效果较差时,会降低组合阵的定位性能.基于实际实验的需求,在对短垂直阵和组合阵性能的研究中发现,由于水平阵对接收声场的定位模糊度函数中的旁瓣有抑制效果,从而造成模糊度函数表面上旁瓣较低,定位目标的主旁瓣比有所提升的现象.仿真实验表明,不同组合阵形的定位准确度均在90%以上,基于实际应用的考虑,组合阵无疑是对定位性能和实验复杂度的折中选择.     

格林函数解卷积处理的阵不变量浅海无源定位

水下声源无源定位是声呐技术重要的研究方向.针对水下声源无源定位问题,本文提出了一种基于格林函数解卷积处理的阵不变量无源定位方法.该方法使用盲解卷积算法从水平阵接收信号中提取时域格林函数,然后采用空域解卷积方法处理得到的时域格林函数,获得波束时间偏移,从波束时间偏移中计算得到阵不变量,解算目标距离,从而实现声源定位.区别...     

一种四元超短基线阵实现高精度定位

由于超短基线自身尺寸较小,随着作用距离增加,其定位误差增大。对此,本文在阵元数较小的情况下,通过优化阵型形成间距不等的四元阵来提高系统定位精度。该阵型既减少了已有八元阵的冗余阵元,也不需要发射端发送跳频信号。本文给出了新阵型的相位补偿公式以及所适用频带的理论分析。理论分析和数值仿真表明:本文所述新阵型与已有的八元阵定位精度相当。可为改善超短基线定位精度提供一些参考。     

基于组合线阵的近程运动小目标被动定位跟踪

针对水下运动小目标被动探测与定位问题,提出了分段组合子阵联合处理探测方法,各探测子阵采用相互垂直结构布局,克服了单阵方位模糊及无法定位等问题。研究了分段组合子阵的宽带最小方差无畸变失真响应近场聚焦目标定位方法,实现了近程蛙人等水下小目标被动高精度定位。在此基础上,采用卡尔曼滤波算法对目标运动轨迹进行预测估计,将目标定位信息与跟踪轨迹信息进行匹配,实现高背景噪音下的运动小目标的跟踪处理。理论分析及仿真结果表明,分段子阵联合处理能有效对水下运动小目标进行定位和跟踪,海试试验进一步验证了该方法的有效性。     

一种全场三维共焦检测的新方法

提出了一种利用微光学阵更合成器件实现全场三维面形并行检测、记录的共焦方法。此方法的关键是，在共焦系统中引入一一微光学耻列合成器件来产生一点光源阵列，实现了对同一一剖面同时并行检测，并首次采用了ＣＣＤ面阵像元取代上孔光阑直接截取三维信息光强。本文讨论了该方法的三信息检测原理，响应关系，给出了初步的实验结果和三维重构图。     

不等间距非直线三元阵在水声平面声源被动定位中的应用

根据实际实验环境和布放需求,在对称直线阵被动定位基本理论基础上,推导了不等间距非直线三元阵进行水声被动定位的精确显式公式,将非直线阵形误差角用于修正测距、测向过程,并采用平均法和卡尔曼滤波法对实测数据的中间处理结果和最终结果进行后置处理。海上试验结果验证了算法的正确性,在近距离有效范围内取得较为满意的目标定位结果。     

移动平台超短基线阵实现水下目标高精度定位

针对自主式水下航行器如AUV (Autonomous Underwater Vehicle)等水下移动平台,提出了一种超短基线多元阵的快速收敛的高精度声定位方法。通过对比超短基线多元阵定位误差的克拉美罗下界,对阵型结构和阵元数目进行了优化,确定优化的阵列为9元立方阵;融合移动平台行进过程中的多次定位结果,进一步降低定位误差;并利用梯度下降法实现平台轨迹优化,使得系统最快收敛到需要的定位精度。仿真结果表明,在1000 m距离内,利用优化轨迹可以将定位均方根误差快速收敛至预设的0.2%以内.此外,对于海试实验采集数据的目标定位结果显示,对距基阵约700 m及400 m的目标,5元阵定位标准差相较4元阵缩小了约2 m及1 m,验证了多元阵定位方法在实际海洋环境中的有效性.      

光电侦察阵列对空目标定位算法研究

 为扩大重点区域防御的侦察范围及对来袭目标的定位,在双单元交互测量定位算法的基础上,利用相邻阵列单元接力测量,由中心处理单元完成被动测距、坐标转换与数据融合,提出了一种基于阵列式光电侦察系统对空目标定位算法,建立m×n光电侦察阵列对空目标定位算法数学模型。通过MATLAB完成了2×2阵列单元对单目标定位仿真验证与误差分析。结果表明,该算法实时输出了目标三维航迹数据,实现了光电侦察阵列对空目标的定位,与理论真值相比,平均定位误差绝对值小于7 m。     

Multi-target ranging using an optical reservoir computing approach in the laterally coupled semiconductor lasers with self-feedback

We utilize three parallel reservoir computers using semiconductor lasers with optical feedback and light injection to model radar probe signals with delays. Three radar probe signals are generated by driving lasers constructed by a three-element laser array with self-feedback. The response lasers are implemented also by a three-element lase array with both delay-time feedback and optical injection, which are utilized as nonlinear nodes to realize the reservoirs. We show that each delayed radar probe signal can be predicted well and to synchronize with its corresponding trained reservoir, even when parameter mismatches exist between the response laser array and the driving laser array. Based on this, the three synchronous probe signals are utilized for ranging to three targets, respectively, using Hilbert transform. It is demonstrated that the relative errors for ranging can be very small and less than 0.6%. Our findings show that optical reservoir computing provides an effective way for applications of target ranging.     

长基线声学定位系统跟踪解算优化方法

针对现有长基线定位解算算法忽略阵型标定误差的问题,本文提出了一种结合声信标的标定误差和测距误差的待定目标解算方法。该方法利用观测数据的先验误差将观测数据连同带求解量一并构建平差解算模型,可以对待定目标位置解算进行优化求解。采用该方法对现有测量船只的跟踪定位实验进行数据处理,得到的跟踪定位轨迹平滑连续,和传统方法相比更接近于GPS输出结果,在深水环境下效果提升明显。理论分析和实验结果表明采用该方法能够获得更优化的位置估计结果及全局误差,能够应用于高精度长基线定位系统中。      

基于足印探测的激光测高仪在轨标定

高精度的地表目标三维观测结果需要卫星激光测高仪对其系统误差进行定期的在轨标定工作,这包含系统误差的估计和校正以及标定结果的精度检验,现有方式分别通过姿态机动法和足印探测法予以实现.然而,姿态机动方式不适用于我国的卫星平台,传统足印探测方式没有针对系统误差的估计模型,仅能用于标定结果的精度检验.本文推导了基于足印探测方式的激光指向角系统误差估计模型,使得足印探测法能完成包含在轨误差校正以及精度检验的工作闭环,同时对用于激光足印获取的地面能量探测器进行了改进设计.通过设计仿真实验对所推导的误差估计模型进行验证,并量化分析了探测器阵列激光入射角度、标定场地表粗糙度及探测器布设间距等因素对系统误差校正精度的影响.结果表明,若要实现1.8 m的水平定位精度(对应0.6 arcsec激光指向精度),探测器阵列间距达到20 m即可,探测器阵列面的入射角需高于3°,标定场地表粗糙度需小于10 cm.以上结论对我国未来发射GF-7号光学/激光立体测绘卫星具有重要参考价值.     

多通道超声相控阵驱动控制系统设计

低强度经颅聚焦超声是一种利用脉冲聚焦超声调控脑神经元的治疗技术。为抑制人颅骨的非均质性和个体结构差异影响,须对多阵元相控阵聚焦换能器的各阵元进行参数调控实现经颅精准定位聚焦,各阵元参数调控需通过相位控制和驱动电路系统来实现。该文设计并搭建了一种基于直接数字式频率合成技术的多通道相位、幅值独立可调的相控驱动系统。实测结果表明,可实现正弦波和方波高精度相控输出,输出信号电压峰峰值在0~37.5 V可调,相位分辨率为0.1°,延时误差小于1 ns,可满足多阵元相控阵聚焦换能器驱动及其所需相位分辨率的需要。     

Strategy for automatic and complete three-dimensional optical digitization

This Letter proposes a new strategy of a three-dimensional (3D) scanning pipeline to achieve complete 3D digitization of complex objects in a real scene. This strategy consists of a one-dimensional array of optical 3D sensors combined with an automatically controlled turntable. An efficient calibration method for the sensor array is presented to guarantee the accuracy of the 3D measurement. Furthermore, an automatic registration technique is also proposed for aligning multiple range images taken from sensor array. Experiment results are also presented to demonstrate the proposed approach.     

基于多视场拼接的飞机偏心定位距精确测量

针对某型飞机飞行试验中，无法采用常规机载影像测量方法精确计算飞机滑跑过程偏心定位距的问题，设计了一套基于地面多像机视场拼接的影像测量方案。通过在跑道边多点交错布设高速像机阵列，组成高速像机测量控制网，实现飞机滑跑过程影像的全覆盖；采用多摄像机交会接力测量以及数据拼接的方式，实现飞机偏心定位距的测量。实验仿真结果表明，采用该方案偏心定位距最大测量误差不大于3 cm，满足飞行试验精度要求。     

Cooperative single-photon subradiant states in a three-dimensional atomic array

We propose a complete superradiant and subradiant states that can be manipulated and prepared in a three-dimensional atomic array. These subradiant states can be realized by absorbing a single photon and imprinting the spatially-dependent phases on the atomic system. We find that the collective decay rates and associated cooperative Lamb shifts are highly dependent on the phases we manage to imprint, and the subradiant state of long lifetime can be found for various lattice spacings and atom numbers. We also investigate both optically thin and thick atomic arrays, which can serve for systematic studies of super- and sub-radiance. Our proposal offers an alternative scheme for quantum memory of light in a three-dimensional array of two-level atoms, which is applicable and potentially advantageous in quantum information processing.     

Three-dimensional high-resolution acoustic imaging of the sub-seabed

Chirp sub-bottom profilers are marine acoustic devices that use a known and repeatable frequency-modulated source signature to produce vertical seismic reflection cross-sections of the sub-seabed. Here a 3D Chirp system is described that operates in the frequency range of 1.5-13 kHz, to produce a three-dimensional image of the sub-seabed, with typical penetration of 10-30 m and decimetric horizontal and vertical resolution. The system design incorporates a rigid frame that contains the Chirp source array together with 60 receiver elements, with positioning provided by an integrated real-time-kinematic (RTK) global positioning system (GPS). The system can be surface towed from a small survey vessel and can be applied to targets of marine geological, engineering, archaeological and defence interest. Data acquisition and processing are described for a case study which images a buried engineering structure in the Port of Southampton.     

3D high-resolution acoustic imaging of the sub-seabed

Chirp sub-bottom profilers are marine acoustic devices that use a known and repeatable frequency-modulated source signature to produce vertical seismic reflection cross-sections of the sub-seabed. Here a 3D Chirp system is described that operates in the frequency range of 1.5-13 kHz, to produce a three-dimensional image of the sub-seabed, with typical penetration of 10-30 m and decimetric horizontal and vertical resolution. The system design incorporates a rigid frame that contains the Chirp source array together with 60 receiver elements, with positioning provided by an integrated real-time-kinematic (RTK) global positioning system (GPS). The system can be surface towed from a small survey vessel and can be applied to targets of marine geological, engineering, archaeological and defence interest. Data acquisition and processing are described for a case study which images a buried engineering structure in the Port of Southampton.