水下噪声目标被动测距技术研究

运用被动测距声纳中的三元测距技术，通过直接测1、3阵元的时延差来实现时延估计。仿真结果表明，改进的时延估计方法可提高时延估计精度，从而改善测距精度。此外，定义临界距离，并以此为分界点，分别采用K系数分配法和直接测量法对中远程和近程目标进行测距，解决了被动声纳的近程测距模糊问题。将其应用于声纳系统中，可显著提高声纳的被动测距能力，使被动测距声纳可全程测距。     

基于声程差的多通道广义相关时延估计及其DSP实现

本文将基于声程差的广义相关法时延估计应用于六基元阵，同时成功地将中值滤波及可变门限算法用于相关峰的自动跟踪，为了提高精度，导出了新的内插公式。最后给出了时延估计的结果。     

十字阵短时宽带声源实时定向算法

面向短时宽带声源实时定向问题,提出了一种基于互功率谱时延估计的十字阵定向优化算法。针对该方法估计结果离散且呈不均匀分布的特点,将观测平面划分为四个测量区域,并利用不同阵元组合分别处理,解决实时性与估计成功率的矛盾;依据互相关函数的特点,设计了若干判断准则,排除由于数据取样短造成的异常时延估计,改善算法的可靠性;采用频域插值方法,一定程度上提高时延估计精度,从而提高定向精度。MATLAB仿真和DSP系统实验表明,这种方法在实际应用中有效提高了对短时宽带声源定向的性能。     

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。     

无源测距的扩展卡尔曼滤波

本文用扩展卡尔曼滤波对无源测距作后置处理,并结合了线性最小方差滤波来估计目标声源的距离,速度和航向.后置处理器把接续的时间延迟观测转换为目标的轨迹,同时下降了偏度误差和方差.目标运动的基本假设是常速度,运动的机动部分用随机速度扰动作模型.三个计算机模拟实验结果示出了这种方法测距测速测航向的良好性能及适应目标机动的能力,示出了用最小方差滤波改善初始条件估计后性能提高的情况.     

随机共振法估计二水听器时延差

针对二元阵航船目标方位估计问题,提出了一种基于随机共振滤波的航船辐射噪声双水听器时延差估计方法。设计了一种随机共振滤波器,提取航船螺旋桨旋转噪声在水听器接收信号中出现的本地时间,并通过滤波结果的互相关来估计目标辐射噪声分别到达两个水听器的时延差。在5 dB的输入信噪比下进行200次仿真,提出方法时延估计的归一化均方误差要低于互谱方法一个数量级。对于海试中的非合作航船,提出的方法可以在1 km距离下准确估计出目标辐射噪声到达双水听器的时延差,从而为在二元阵上实现对航船目标的准确测向提供基础。      

基于二次相关的语音信号时延估计改进算法

目前语音信号的时延估计研究,大部分采用的是广义互相关算法。然而,广义互相关时延估计算法易受噪声和混响环境影响。为此,本文提出了一种基于二次相关的语音信号时延估计改进算法,该算法对语音信号进行二次互相关运算,并结合Hilbert变换,对二次互相关峰值进行进一步的锐化处理,使得反映时延的峰值点检测更为准确。实验结果表明,改进的时延估计方法在非平稳的语音信号中能够有效地抑制噪声干扰,且在不同混响条件下时延估计具有更好的性能。     

提高近程运动目标实时测距性能的方法研究

为了提高机场泊位引导系统中激光测距的精度和频率,对测距方法、脉冲展宽的影响、系统接收信噪比、接收带宽、阈值设定方法等几个方面进行了研究。通过改进自触发脉冲飞行时间激光测距法,提高发射信号峰值功率,采用合适滤波器、减小接收系统带宽、设置自适应阈值等手段有效提高了测距系统对近程运动目标的测距性能。采用半实物仿真手段进行动态测距实验,结果表明,测距机的动态测量精度小于2cm,满足泊位系统测距性能的要求。     

互谱域MVDR自适应时延估计方法研究

针对窄带信号,通过构造互谱时间序列,在互谱域建立了平稳时间序列时延估计的最小方差无畸变响应(MVDR)滤波器模型;利用分段近似处理,类比空间MVDR自适应算法,给出了其具体算法(Algorithm of MVDR in cross spectral domain,CSMVDR);进行了数值仿真实验研究和海上实验数据处理。数值仿真与实验数据处理结果初步验证了CSMVDR时延估计对于舰船辐射噪声的适用性,CSMVDR时延估计有比相关检测更好的时延估计性能,能够提高信噪比增益和时延估计精度。     

被动测距声呐中后置处理置信级的设定

精确测定目标信号到达不同水听器的延时差是被动测距声响正常工作的基础,由于海水中声传播的多途效应,往往使延时差随机起伏,被动声呐的后置处理系统应当采用合理的算法消除起伏的影响。本文提出一种类似于Kalman滤波的数据平滑算法,把测量数据的方差反馈到系统的输入端。同时用筛选的方法把由偶然因素引起的,实际上不可能是由目标信号的延时差过滤掉,从而给出置信度作为指挥决策的依据,这对提高被动测距声呐的测距精度具有重要意义。     

A robust spatial filtering technique for multisource localization and geoacoustic inversion

Geoacoustic inversion and source localization using beamformed data from a ship of opportunity has been demonstrated with a bottom-mounted array. An alternative approach, which lies within a class referred to as spatial filtering, transforms element level data into beam data, applies a bearing filter, and transforms back to element level data prior to performing inversions. Automation of this filtering approach is facilitated for broadband applications by restricting the inverse transform to the degrees of freedom of the array, i.e., the effective number of elements, for frequencies near or below the design frequency. A procedure is described for nonuniformly spaced elements that guarantees filter stability well above the design frequency. Monitoring energy conservation with respect to filter output confirms filter stability. Filter performance with both uniformly spaced and nonuniformly spaced array elements is discussed. Vertical (range and depth) and horizontal (range and bearing) ambiguity surfaces are constructed to examine filter performance. Examples that demonstrate this filtering technique with both synthetic data and real data are presented along with comparisons to inversion results using beamformed data. Examinations of cost functions calculated within a simulated annealing algorithm reveal the efficacy of the approach.     

二级Kalman滤波的被动声定位后置处理方法

阵列定位的计算结果中往往存在大量的野值,需要用后置处理方法从结果中选取真实目标信息。本文提出了一种基于Kalman滤波的二级后置处理方法,建立了相应的滤波模型,并对主要参数进行讨论选取,同时给出了外场实验结果。结果表明此方法后置处理效果明显,并可以满足系统实时性的要求。     

一种混响背景下的自适应动目标检测方法

本文提出了一种混响和噪声干扰下动目标检测的自适应方法,其结构为自适应混响抵消器（ARC）加推广的自适应相干累积器（GACI）。用自适应混响抵消实现干扰背景的预白化,用推广的自适应相干累积实现匹配滤波的功能。该方法不需要混响干扰的先验知识,也不需要知道信号参量,就可以实现混响干扰背景下动目标的检测。仿真和试验表明,其具有良好的动目标检测性能,且具有很好的海洋信道适应能力。     

水平线列阵方位—相速度联合的卡尔曼滤波方法*

传统的水下被动测向方法通过波束形成估计目标角度,水平线列阵波束形成中的参考声速应使用声传播的相速度,在被动测向中,由于声源距离未知,因此在对目标角度估计时选取的参考声速与接收阵处的相速度往往存在偏差,从而影响测向精度。本文提出了一种水平线列阵方位-相速度联合的纯方位扩展卡尔曼滤波方法,该方法引入相速度作为估计状态量以此校准参考声速,提高测向精度,进而改善了由于测向误差较大引起的纯方位扩展卡尔曼滤波算法跟踪结果发散的问题。浅海传播条件下的数值仿真结果表明,改进方法较常规纯方位扩展卡尔曼滤波算法具有更高的跟踪精度及稳健的跟踪性能。     

微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较

本文讨论水下辐射噪声源的精确定向问题，给出被动声纳和波束定向与分裂波束定向方法的性能比较。指出在一定信噪比下，分裂波束精确测向技术比和波束定向技术具有较高的定向精度。但是，随着信噪比的下降，两者趋于一致。推导了估计定向精度的分析表达式，给出在直线阵和圆弧阵情况下，延时估计和声源入射角偏差之间的换算公式和数值模拟结果。同时给出数字式声纳用以计算入射信号左波束和右波束数据的互谱来实现分裂波束定向的方法。     

并行高采样实现PN码捕获的井下扩频测距方法

在扩频测距技术中,伪随机(Pseudo-Noise)码捕获时间长,扩频信号需要高带宽信道,井下多径效应还会引起PN码相位延迟,因而使得扩频测距技术难以在煤矿井下应用。为了将扩频测距技术应用于井下,设计了一种并行的PN码同步精测算法,利用FPGA高速的并行处理能力,开辟L-1条相位彼此相差一个PN码片的相关通道,在各相关通道中分别对扩频码调制的数字基带信号相关运算后进行高频率采样,大幅度提高了信号处理带宽,能够在粗同步的基础上直接得到更高的时间分辨率。仿真结果表明,所提出的方法能够抑制井下严重的多径干扰,能将测距PN码所占带宽限制在50MHZ以下而测距精度达到1米以内,是适应煤矿井下特殊环境的一种高效扩频测距方法。     

Implementation of a nonlinear filter for online nuclear counting

Nuclear counting is a challenging task for nuclear instrumentation because of the stochastic nature of radioactivity. Event counting has to be processed and filtered to determine a stable count rate value and perform variation monitoring of the measured event. An innovative approach for nuclear counting is presented in this study, improving response time and maintaining count rate stability. Some nonlinear filters providing a local maximum likelihood estimation of the signal have been recently developed, which have been tested and compared with conventional linear filters. A nonlinear filter thus developed shows significant performance in terms of response time and measurement precision. The filter also presents the specificity of easy embedment into digital signal processor (DSP) electronics based on field-programmable gate arrays (FPGA) or microcontrollers, compatible with real-time requirements. © 2001 Elsevier Science. All rights reserved.     

基于矢量水听器阵列空域预滤波处理的多重信号分类算法研究

矢量水听器能同时拾取声压和振速信息,在相同的信噪比、阵元数及阵列孔径下,矢量阵定向性能优于声压阵列。目前,以多重信号分类算法(Multiple signal classification,MUSIC)为代表的高分辨定向算法已经广泛应用于矢量水听器阵列中。但是随着信噪比降低、信号源方位间隔减小,传统MUSIC算法定向精度及分辨概率显著下降。本文采用最小二乘法设计适用于矢量水听器水平阵列的矩阵空域滤波器,用于阵列数据的空间滤波预处理,可以对阻带扇面噪声进行有效抑制。由滤波后的数据协方差矩阵可以得到新的噪声子空间,在传统MUSIC算法基础上修正通带扇面内阵列流型的畸变后即可得到滤波后MUSIC算法的方位谱。仿真结果表明,当信噪比较低时,改进算法有效提高了通带扇面内目标方位分辨性能。最后本文对四基元矢量水平阵列海试数据进行了处理,改进算法对窄带信号定向较常规算法-3 dB束宽减小了13°,旁瓣级降低约8 dB。对有一定带宽的行船辐射噪声定向处理得到了更加精确的航迹图,海试数据处理结果证明了该算法的可行性和有效性。     

An algorithm for designing a broadband active sound control system

Hitherto the filtering techniques used in active sound control systems have been analogue: these are rapidly becoming obsolete because of their lack of stability and versatility. The microprocessor gives digital techniques an edge both on grounds of convenience and economics; moreover the performance of digital filtering is far superior to that of analogue methods. An algorithm is presented which can be used to assess the optimum filter characteristics required for active sound control systems with a single degree of freedom. In the process the system is subjected to three random noise tests which directly yield the characteristics of the filter. The algorithm has been tried out in practical applications and shown to be both quick and convenient to use.