基于声压振速联合信息处理的声矢量阵相干信号子空间方法

为解决水下宽带源的远程测向问题,提出了一种基于声压P与振速V的互谱矩阵的声矢量阵相干信号子空间方法。与现有的将声矢量传感器的振速信息仅仅作为独立阵元来处理的声矢量阵测向方法不同,新方法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵中P-V互谱的抗噪能力,能将相干信号子空间方法的宽带高分辨能力及去相干能力与声矢量阵的抗噪能力有机地结合起来,实现对宽带源的远程、高分辨方位估计。理论分析给出了基于P-V互谱矩阵的宽带聚焦原理和特征分解原理,以及信源数检测准则。基于湖试数据的仿真实验结果显示,采用3元声矢量阵,在信噪比为-10dB和观测时间为20s时,新方法方位估计的均方根误差约为5°,明显强于现有方法。     

一种改进的时变转移概率AIMM跟踪算法

针对矢量线阵跟踪目标低频线谱提取问题,提出了一种矢量线阵低频线谱提取方法,其中利用拉平后线谱的均方差乘一比例因子设为门限的方法,可以有效提取线谱成分;并且研究了利用互谱中高信噪比线谱测向剔除干扰线谱方法,准确提取出目标特征线谱,可较有效解决矢量线阵左右舷目标低频线谱特征相互干扰问题。上述矢量线阵低频线谱提取方法,得到了海试数据的初步验证。     

小尺寸矢量阵的多极子指向性低频测试与校正技术

提出一种在有限空间中小尺寸矢量阵的低频工作段测试与校正技术.在低频测试技术的建立中,引入瞬态段信号以消除有限空间内的多途作用。同时,考虑矢量阵特性下的偏心旋转效应,建立有限空间中的小尺寸矢量阵的阵列流形及其校正方法,在理论上保证基阵误差与被测环境的独立性。然后根据仿真计算与水池实测结果分析瞬态段信号作为校正测量信号的有效性,验证校正模型的合理性与优势。最后通过小尺寸基阵多极子指向性的实现情况给出本文有限空间测量技术的可靠性。结果表明,本文所提技术可有效避免有界空间中的多途影响,实现小尺寸矢量阵的低频测量,为水下小尺寸矢量阵的后续应用提供可靠依据。      

基于矢量水听器的声压和质点振速的空间相关系数

矢量水听器同步测量声场空间一点处的声压和质点振速的三个正交分量,由此得到的幅度和相位信息有利于改善声呐的检测和估计性能。对三维球形各向同性噪声场中声压和质点振速的时空相关性本文进行了研究,推导了矢量水听器的噪声协方差矩阵的理论表达式;给出了矢量水听器水平线阵和垂直线阵的协方差矩阵;研究单个矢量水听器的噪声协方差矩阵,并给出了浅海近岸水域的试验结果;利用上述理论结果推导了矢量水听器阵列的声能流阵增益。     

声矢量传感器阵宽带相干信号子空间最优波束形成

提出了基于矢量传感器阵的宽带相干信号子空间最优波束形成。建立了矢量传感器阵的宽带阵列信号模型,将宽带聚焦思想引入到了矢量传感器阵宽带处理,证明了矢量传感器阵与声压传感器阵宽带聚焦矩阵之间的关系,为矢量传感器阵宽带聚焦矩阵的构造提供了一种方法。推导了基于矢量传感器阵宽带最优波束形成的空间谱,通过空间重采样方法实现矢量传感器阵宽带聚焦,避免了对目标源方位的预估。通过仿真验证了矢量传感器阵具有更优越的性能:可以解宽带相干源;能够实现全空间无模糊定向;可以空间欠采样,因而在不增加计算量的基础上,能够提高阵列处理的性能;克服了传统声压传感器线阵端射方向上,目标方位估计性能下降的缺点。     

声矢量阵阵元位置及幅相误差有源校正算法*

针对声矢量阵幅相误差及阵元位置误差校正问题,基于特征分解法,提出一种简单实用的有源校正算法。该方法需要合作信源的至少3个方位信息,根据声矢量阵的通道特征,利用特征分解法构造矩阵方程组,通过矩阵运算得到声矢量阵阵元位置和幅相误差参数,从而实现对声矢量阵的校正。大量计算机仿真表明该校正算法具有良好的声矢量阵阵列误差参数估计性能。     

不同权矢量下水声低频相控垂直阵远程探测性能的研究

理论分析水声低频相控垂直线阵不同权矢量远程探测性能并仿真研究。文中首先依据绝热简正波理论,导出相控垂直线阵远程探测的声传播理论模型。在此基础上,给出了相控阵权矢量与目标参数估计方差理论下限Cramer-Rao界(CRB)之间的对应关系。其次,利用KRAKEN软件求解仿真环境下波动方程的本征值和本征函数,数值计算比较相控阵七种发射权矢量下远程探测效能。结果表明,相控垂直阵在发送1号模权矢量时,具有较优的远程探测性能和参数估计方差下限。     

矢量线阵目标调制谱提取及模板生成方法

针对矢量线阵跟踪目标DEMON谱提取问题,提出了一种矢量线阵DEMON谱提取及其模板生成方法.该方法可以有效提取DEMON谱成分,利用DEMON谱互谱可剔除干扰DEMON线谱,较有效解决矢量线阵左右舷目标DEMON谱特征混淆的问题.通过海试数据初步验证了该方法的有效性.     

一种基于矢量水听器阵的归一化加权Capon波束形成方法

矢量水听器同时拾取声场的标量信息声压和矢量信息振速。本文在分析了各向同性噪声场下矢量水听器阵Capon波束形成方位谱的基础上，提出了一种归一化加权Capon波束形成的改进算法，并给出了方位谱的表达式。本方法不需要特征分解，并且得到的是通常意义上的功率谱(可用于估计信号的能量)。仿真计算表明，此方法的性能优于Capon法，可大大提高方位估计的精度。     

声矢量圆阵宽带相干目标MVDR方位估计*

针对宽带相干目标的远程探测问题，本文提出一种基于声压振速联合处理和矢量重构的声矢量圆阵MVDR波束形成方法。该方法利用相位模态变换技术，将声矢量圆阵变换为与信号频率无关的虚拟线阵，并构建虚拟线阵声压与组合振速的互协方差矩阵，利用声压与振速各分量间的空间相关性有效地抑制各向同性环境噪声；并对宽带相干信号的互协方差矩阵进行矢量重构，即将最大特征值对应的特征向量划分为相互重叠的子向量，从而构建前/后向Hermitian矩阵；最后，基于MVDR波束形成器实现宽带相干目标的方位估计。仿真计算和实验数据处理结果表明，该方法具较强的解相干能力和噪声抑制能力以及较高的方位估计性能。     

用正四棱锥形阵对声目标定位研究

文章结合声阵列在智能雷系统中的应用，提出了用立体五元声阵列对声目标进行定位，将智能雷中用于预警的传感器也参与到定位阵列中来，这样就在不增加传感器的条件下实现了市体阵列对声目标的定位。文章推导了定位公式和误差公式，并对结果进行仿真分析，与平面阵相比取得了较好的效果。不但提高了精度还降低了声阵列的盲区。     

矢量水听器线阵和弧线阵抗左右舷模糊性能分析

针对线阵声纳左右舷模糊问题,建立了基于矢量水听器直线阵 和 两种信息处理模式以及标量水听器弧线阵不同布阵方式的抗左右舷模糊性能数学模型,分析了不同布阵方式以及不同信息处理模式的抗左右舷模糊性能,并进行了仿真计算。分析和仿真结果表明,矢量水听器直线阵和标量水听器弧线阵在分辨左右舷性能和观察范围上各有优势。矢量水听器直线阵虽然可分辨左右舷且在作用距离上具有优势,但由于在一定扇面内分辨左右舷是依靠声纳方位历程图的明暗差异,在多目标情况下易造成声纳观察上的干扰;具有一定弧心角的标量水听器弧线阵,可以在更宽的扇面内具有抗左右舷模糊能力,但其以减小观察范围作为代价。     

基于超指向性多极子矢量阵的水下低频声源方位估计方法研究

针对水下低频声源的方位估计问题,基于基元紧密排列的二维矢量阵,建立了一种超指向性波束形成方法.根据矢量基元差分运算构建各阶多极子模型,获得了几乎与频率无关的模态函数,并经加权计算可在低频条件下实现超指向性波束,以解决阵列孔径对波束性能的限制.同时,结合输出信噪比最大准则所得波束,分析了超指向性波束形成算法的稳定性与波导的影响程度,探索模态阶数与阵列参数的选取原则.通过阵列性能的仿真计算与实际阵列的测量数据表明,该算法可在小尺寸阵列孔径下获得良好的阵列波束,兼具了水下线型超指向性阵和环形超指向性阵的优点,可有效实现水下低频声源的水平方位估计;且波束性能可通过调节模态阶数与基元间距以达到最佳,并受水下声波导多途与频散效应影响有限.     

Array gain for a conformal acoustic vector sensor array:An experimental study

An acoustic vector sensor can measure the components of particle velocity and the acoustic pressure at the same point simultaneously, which provides a larger array gain against the ambient noise and a higher angular resolution than the omnidirectional pressure sensor. This paper presents an experimental study of array gain for a conformal acoustic vector sensor array in a practical environment. First, the manifold vector is calculated using the real measured data so that the effects of array mismatches can be minimized. Second, an optimal beamformer with a specific spatial response on the basis of the stable directivity of the ambient noise is designed, which can effectively suppress the ambient noise.Experimental results show that this beamformer for the conformal acoustic vector sensor array provides good signal-tonoise ratio enhancement and is more advantageous than the delay-and-sum and minimum variance distortionless response beamformers.     

用矢量方法分析角锥棱镜的反射特性

从现代光学角度出发,利用反射、折射定律的矢量表达式,详细分析了理想角锥棱镜对光的反射特性以及角锥棱镜存在直角误差时对其光路的影响,并用大量公式进行了理论推导和论证.同时指出要在高精度测量过程中提高检测精度,任何一个角度误差都不能忽略.该分析结果对实际工作中应用角锥棱镜作为逆向反射器所造成的误差的修正具有指导意义.     

分布式矢量传感器对宽带源被动定位的方法研究

本文给出了两种基于矢量传感器的被动定位方法。一般来说，对目标进行被动定位可以通过方位信息或时延信息来实现。单个矢量传感器就可以实现目标方位估计，而对多个矢量传感器接收的信号进行互相关运算即可得到目标对各矢量传感器的时延信息。本文先给出了利用方位信息进行被动定位的方法，然后给出了利用分布式矢量传感器进行方位一时延信息联合被动定位的新方法，并通过仿真分析对这两种方法的定位性能进行了比较。     

Generating sensor signals in isotropic noise fields

Researchers in the signal processing community often require sensor signals that result from a spherically or cylindrically isotropic noise field for simulation purposes. Although it has been shown that these signals can be generated using a number of uncorrelated noise sources that are uniformly spaced on a sphere or cylinder, this method is seldom used in practice. In this paper algorithms that generate sensor signals of an arbitrary one- and three-dimensional array that result from a spherically or cylindrically isotropic noise field are developed. Furthermore, the influence of the number of noise sources on the accuracy of the generated sensor signals is investigated.     

单矢量水听器方位估计的柱状图方法

单矢量水听器可以估计目标方位,矢量水听器信号处理中用到的平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰,但不能抗相干干扰.文中提出了一种新的单矢量水听器方位估计方法柱状图方位估计法,介绍了该方法的原理;对宽带信号中含强线谱相干干扰的情况进行了计算机仿真,结果表明该方法在强线谱相干干扰下能有效检测目标、估计目标方位;海试结果验证了该方法抗强线谱相干干扰的有效性.     

长基线定位系统高精度阵型标定方法

为解决长基线定位系统传统标定方法中受垂直方向声速变化剧烈而导致的标定精度差、逐个声信标交汇标定效率低、跟踪定位阶段采用不同声信标基准对目标解算不一致的问题,本文提出了一种高精度相对阵型标定方法,通过水下声信标的互测距信息构建观测模型改进了传统标定方式。理论分析表明,采用该方法水平方向上能够获得与测距等量级的标定精度,有效地提高了标定效率,采用不同的声信标基准目标解算结果一致,在深海作业中优势明显。通过浅水试验结果可以看出该方法水平方向上的标定精度能达到和测距等量级的毫米量级精度,和传统标定方法相比提高了一个数量级,在提高标定精度的同时降低了作业复杂度,采用本文的标定结果获得的目标定位结果更接近于GPS输出,具有良好的工程应用价值。      

光波导三向力触觉传感技术及信号处理

本文阐述了一种新的光波导型三向力触觉传感器的工作原理和基本结构,并设计了实验系统。这种传感器由一个橡胶垫和一个光波导路等组成,在橡胶垫的一侧制作圆柱触头阵列,在其另一侧制作圆锥触头阵列,使得每个圆柱触头下面分布2×2个圆锥触头。圆柱触头与施力的物体接触,而圆锥触头与光波导板接触。施加到圆柱触头上的力的三个分量可以通过该圆柱触头所对应的2×2个圆锥触头与光波导板接触时溢出的光斑面积确定。通过CCD摄取此光斑送入计算机进行图象处理,从而可求出光斑面积大小。实验结果显示了力的三个分量能通过圆锥触头的四个接触面积求出。