单深度传感器的矢量拖曳阵阵形估计

在二维平面内,假设为抛物形阵形,利用矢量拖曳阵的姿态数据和一个深度传感器的深度数据,研究了矢量拖曳阵的阵形估计问题。通过研究姿态数据中的姿态角与水听器所在阵位置上切线方向数的关系,利用最小二乘法建立了一个等式约束的非线性优化模型,并通过参数转化方法,给出了该模型的解析算法。数值仿真结果表明,在阵形为抛物形的假设下,利用一个深度传感器的深度数据和若干水听器的姿态数据可以进行拖曳阵的阵形估计。对于同样的阵元数,随着姿态数据误差的增大,阵形估计的误差增大。对于同一姿态数据误差分布,随着阵元数的增加,阵形估计的误差减小。     

用于人体姿态估计传感的菲涅尔透镜设计

随着虚拟现实和体感游戏的兴起,人体姿态估计越来越受到关注.针对基于热释电红外传感器的人体姿态估计系统中的菲涅尔光学微结构透镜进行设计,在分析了锥形偶次非球面的理论公式后,计算得到各级非球面系数.通过仿真分析,当材料选为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),探测器采用6个敏感元面积为2×1 mm2、视场角为100°×100°的L...     

激光雷达地面目标姿态估计

激光雷达距离像能表征目标的几何结构,而同一目标不同姿态的距离图像差别较大,因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像,目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示,在贝叶斯估计框架下,用跳扩散过程从后验密度中取样,以希尔伯特-施密特范数作为误差特性,对目标姿态进行估计,并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究,利用Grenander的模式理论,在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析,表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。     

激光雷达地面目标姿态估计

激光雷达距离像能表征目标的几何结构,而同一目标不同姿态的距离图像差别较大,因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像,目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示,在贝叶斯估计框架下,用跳扩散过程从后验密度中取样,以希尔伯特-施密特范数作为误差特性,对目标姿态进行估计,并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究,利用Grenander的模式理论,在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析,表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。     

一种基于时延估计的双辅助声源阵形校准方法

布放柔性水平阵列时,各阵元的相对位置很难精确知道,为了解决这一问题,提出了一种阵形校准方法。首先布设两个成一定张角的校准声源,利用它们估计各阵元信号的时延关系,利用声源和接收阵的GPS位置,确定各阵元的相对位置。得到的位置估计是无偏估计,给出了位置估计标准差的数值模拟结果,得出了两校准声源的最佳角度关系。利用2001年亚洲海国际实验的数据对该方法进行了验证,用校准后的阵形得到的测量声源方位角和实际角度一致,实测的阵增益也和理论值相符合。理论及实验分析结果表明,该方法能够准确定出各阵元的相对位置。     

一种适用于多输入多输出声呐的稳健空时自适应检测方法

针对多输入多输出声呐在水下探测场景中获得的空时快拍数量不足导致空时自适应检测性能下降的问题, 提出一种适用于小空时快拍数情况下的稳健空时自适应检测(STAD)方法。首先将斜对称特性推广到多输入多输出(MIMO)声呐空时自适应检测中, 并利用该特性将空时快拍数量扩展至原来的两倍; 然后利用迭代自适应方法实现对空时协方差矩阵的重构; 最后根据广义似然比检测(GLRT)准则推导出检验统计量。计算机仿真结果表明, 所提方法可以在小空时快拍数情况下准确估计空时协方差矩阵, 大幅减小空时自适应检测对空时快拍数量的需求, 提高多输入多输出声呐在小空时快拍数情况下的检测稳健性。     

一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法

当合成孔径声呐测绘带较大时,运动误差的空变效应严重,经典的相位中心重叠算法难以适用。为此,提出了一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法。首先使用混合调制的拉格朗日时延估计算法对前后两帧回波的时延进行估计,之后使用线性回归方法拟合出运动误差,最后利用运动误差的估计值对回波进行逐点精确补偿。仿真数据的结果表明,该算法能够获得比相位中心重叠算法更好的运动估计结果,运动补偿后成像分辨率接近理论分辨率。使用该算法分别对高、低频合成孔径声呐的湖试数据进行了处理,水下地貌和小目标的成像质量均有明显提高。     

用多子阵空间互相关矩阵估计合成孔径声呐基阵速度

受接收子阵长度的影响,单纯依靠重叠相位中心的合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)基阵速度估计方法的精度较低。为此,提出一种利用多子阵空间互相关矩阵的方法以提高速度估计精度。通过SAS多子阵回波数据构造空间互相关矩阵(Spatial Mutual Correlation Matrix,SMCM),利用Radon变换和SMCM系数分布精确估计重叠相位中心对直线(Line of Displaced Phase Center Pairs,LDPCP)参数,并利用重叠相位中心对速度关系式估计SAS基阵速度。对高低频SAS试验数据应用的结果表明:该方法可有效地消除接收子阵长度的影响,将基阵速度估计的精度提高3~5倍,满足高频和低频SAS系统成像的要求。     

测深侧扫声呐差分相位估计

假设海底是一产生散射声波的薄层,获得了测深侧扫声呐(BSSS)的声呐阵时空相关函数的表达式。由此获得了两个重要结果:(1)获得了测深侧扫声呐差分相位估计的均值和方差的表达式;(2)在时空相关函数相位上除kdsin (θ-θ_m)外,附加了一项ξ(ξ被称为相位误差因子),此项在声呐正下方附近引起很大的测深误差。在上述基础上给出了差分相位法重要参数选择的标准,减小ξ的影响,使BSSS在相当宽的角度内获得好的结果。在上述理论指导下,研制了测深侧扫声呐,获得的实验数据与理论计算结果符合良好,证明了理论的正确性。     

基于滚动时域估计的飞行器姿态估计及三轴磁强计在线校正

针对飞行器姿态估计以及三轴磁强计在线校正问题, 提出了一种实时滚动时域估计算法. 首先, 为了解决在卡尔曼滤波框架下系统约束不能显式求解的问题, 设计了滚动时域估计滤波算法. 该算法将飞行器姿态估计问题转化为优化问题, 显式求解四元数归一化性质, 缩小搜索空间的同时提高了搜索效率和精度. 其次, 滤波时域窗内应用高斯-牛顿迭代法求解最优状态估计值, 满足了实时性要求. 最后, 在没有增加系统状态维数的情况下, 在线求解了三轴磁强计校正参数, 保证了磁强计量测值以矢量形式输入系统. 仿真结果表明, 由于合理地利用了历史信息, 该方法精度较高, 且对初始误差、系统误差均不敏感, 具有一定鲁棒性.     

一种主从式数字处理系统及其在声呐设备中的应用

本文给出一种由ＰＣ？ＡＴ和ＴＭＳ３２０Ｃ２５－ＤＳＰ组成的主从式数字处理系统,介绍了其在声呐设备检查测试中的几个典型应用。     

数字式声纳多波束显示系统方位历程显示技术研究

数字式声纳的多波束显示是检测目标的重要手段。方位一历程显示是检测微弱信号的有效技术。本文给出了这种利用迹迹相关原理显示方法的理论说明,推导声纳多波束系统输出和输入信噪比的关系。把方位历程显示和传统的方位幅度显示作了比较。理论与实验结果表明,对于弱信号检测,高灰度级的方位历程显示与方位幅度显示比较,有5—7dB的性能改善。     

基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术

大孔径拖曳线列阵受舰艇横向机动、洋流影响和水动力影响时会产生一定的阵形畸变,阵形畸变使得波束形成时阵列流型失配,进而降低了目标方位分辨率和阵处理的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右两个子阵分别做波束形成,通过加权广义相关时延估计算法估算对应波束的时延差,再依据估算时延差对左右两个波束进行延时求和得到最终的波束信号。仿真和海试数据证明,相对于全阵直接做波束形成的方法,基于时延估计的分裂阵的时域波束形成技术有效提高了目标方位分辨率和阵处理的增益。     

阵形畸变对双线阵左右舷分辨的影响及其纠正

双线阵左右舷分辨是利用两个单线阵的波束输出信号进行时延估计,根据时延值的符号判断目标所处的左右舷。当双线阵发生畸变时,特定情况下左右舷结果发生变化。本文对该现象进行了分析,并同时给出了一种修正补偿方法。最后通过对试验数据的处理证明了方法的有效性。     

利用拖线阵运动特性的阵形估计方法

有效估计阵形是提高机动条件下拖线阵声呐探测性能的关键,流体力学类阵形估计方法稳定性和可靠性欠佳,导致其难以应用于工程实际,该文针对此问题提出一种基于拖线阵运动特性的阵形估计方法。利用稳态振荡响应公式计算拖船回转机动时拖线阵稳态阵形特性,将转向机动过程中阵上各点运动状态划分为若干阶段,进而依据偏微分方程特征线理论计算各阶段的分界时刻,探究阵上相邻两点的沿阵切线方向差变化规律,最后通过计算当前阵上各点的沿阵方向实现阵形估计。计算机仿真和海上实验数据验证表明算法可行且有效,与传统的流体力学类阵形估计方法相比具有更高的稳定性和更好的工程应用前景。     

基于倾斜阵的距离与方位联合估计*

针对阵列倾斜引起的阵不变量方法定位精度下降的问题,该文结合倾斜阵声源定位的三维模型提出一种基于倾斜阵的距离与方位联合估计算法。该算法通过联合自校正方位距离联合估计方法对阵列倾角在声源-接收平面的投影量进行估计和补偿,改善目标距离估计误差的同时,利用匹配出的阵列倾角投影量反向估计目标方位,获得对声源二维位置的估计。通过仿真验证了该算法能够在阵列倾角较小时实现目标方位与距离的联合估计。     

利用协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法

提出了一种协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法来提高小孔径均匀直线阵的分辨力。该方法分析了具有不同阵元个数的阵列采集信号协方差矩阵之间的关系, 并根据该关系构建阵列扩展的优化算法, 利用小孔径实际阵列协方差矩阵拟合得到大孔径虚拟阵列的协方差矩阵。仿真分析与湖试数据处理结果表明, 将拟合协方差矩阵用于现有方位估计方法中能够降低波束宽度, 提高分辨力, 并且随着虚拟阵元个数增加, 目标分辨概率同步提高。当阵列孔径较小或环境信噪比较低时, 本文方法可用于提高方位估计性能。     

阵形畸变条件下双线阵左右舷分辨性能分析

研究了双线阵在两种阵形畸变(轴向滑移和航向偏差)条件下的左右舷分辨性能,根据双线阵指向性函数的背瓣特性分析了阵形畸变对左右舷分辨性能的影响。理论分析表明,在无阵形畸变的理想阵形情况下,窄带信号的左右舷分辨能力取决于阵间距和信噪比,而对宽带信号,左右舷分辨能力不仅与阵间距和信噪比有关,而且还与接收信号的功率谱密度、处理频段有关。在阵形发生轴向滑移和航向不一致的情况下,在正横方向附近,左右舷分辨性能主要受双线阵的航向差影响,偏离正横方向,较大的轴向滑移会导致左右舷误判。     

侧扫声纳图像实时增强技术

本文从声纳原理和测量实践出发,针对海底图像实时判读问题,首次将负反馈分析理论引入海底图像处理,论述了海底声纳图像快速增强处理方法,探讨了数据采集实时性、图像处理复杂性、外业环境干扰强等矛盾的解决方法,实现了实时多色调海底声纳图像快速增强显示,首次提出侧扫声纳图像镶嵌必须考虑增益因素。实验结果表明：海底图像满足野外环境下的声纳作业要求,声纳数据符合目标信号、系统增益控制和目标判读三个层面的要求。