软件抗距离模糊技术在异步水声跟踪定位中的应用分析

异步水声定位系统可在目标信号发射时刻未知时对目标跟踪定位,此时发射和接收时钟存在固定时差。对于基于时延测量的长基线异步定位系统,当信号传播时延大于脉冲重复周期时,就会出现距离模糊。本文提出了在异步水声跟踪定位系统中软件抗模糊的思想,探讨了一种利用目标参考位置抗模糊的算法。从异步定位模型出发,得出等价的抗模糊准则,依据准则推导了算法及相应的参考位置取值范围,分析并克服了固定时差对算法的影响。海试结果验证了算法的可行性和有效性。     

“超同步周期”水声定位技术研究与实现

水声同步定位系统在对水声目标进行定位的过程中，定位系统对于目标轨迹的采样率将随目标距离的增加而降低。从而使原始数据减少，并使定位系统的处理能力不能得到有效的利用。长期以来，这个矛盾一直没有得到解决。我们在对这一问题进行深入研究的基础上，发展了一种被称之为“超同步周期”水声定位的新技术，可以大大提高对于远距离水声目标轨迹的采样率。在电路实现过程中，又相应地开发出一种检测定位信号时延值的“余数算法”，并已成功地应用于实际系统。该系统在工作周期为０．４ｓ、目标最大距离为６ｋｍ的情况下，可以有效克服目标“距离模糊”现象，同时对五个目标进行正确定位。在几次湖上和海上试验中，利用“超同步周期”水声定位技术对远距离水声目标进行定位，都取得了令人满意的结果。     

波导环境多目标时延-多普勒解卷成像

有源声呐感兴趣的参量是目标距离和径向速度,它们无法直接观测得到,需要通过估计而获得。利用波导多路径环境多目标时延-多普勒模型,可以导出采样互模糊度函数均值是发射信号自模糊度函数与广义目标反射性密度函数的两维卷积,其中广义目标反射性密度函数为信道扩展函数与目标反射性密度函数的两维卷积。依据信息理论最小Csiszar鉴别准则,可导出R-L (Richardson-Lucy)迭代解卷算法,对采样互模糊度函数均值进行两维迭代解卷积,消除发射信号和信道引入的模糊,序贯地实现时延-多普勒两维像的估计,进而获得多目标的时延和多普勒参量估计。仿真结果和海上实验数据分析验证了R-L解卷算法的可行性和有效性,较之常规的匹配滤波和维纳滤波算法,R-L算法有效地提高了时延和多普勒估计的分辨力和精度。      

结合主动时间反转算法的短基线定位研究

短基线声学定位技术是水下运动目标定位的重要研究内容。为了解决定位系统工作于浅水或近岸时多途扩展严重造成的时延估计误差和系统工作不稳定的问题,本文提出一种结合时间反转算法的短基线宽带应答定位技术,该方法利用短基线阵元发射宽带信号,通过应答器接收该信号时间反转处理后再返回给短基线阵元位置,实现信道多途的自适应聚焦,进而提高时延估计精度及信号检测的鲁棒性。仿真研究和湖上试验表明,该方法能够充分利用信道多途信息实现聚焦,减少信道多途对定位信号时延估计的影响,具有较强的抗噪声和多途干扰的能力。相对传统定位方法,该方法可以抑制短基线定位过程中误差及野点的产生,改善了物体定位导航的精度。      

基于路径选择的深海水下运动目标被动深度估计

深海水下运动目标的深度估计是目标分辨与识别中的重要一环。基于深海运动目标在深海中的直达波与海面反射波的到达时延与位置之间的关系,寻找时延图上运动目标的候选路径,利用候选路径模拟目标的运动路径,提出了一种可用单水听器实现的水下运动目标深度估计方法。通过用候选路径的估计时延与实际接收时延的比较对路径进行筛选,从而减少了需要的位置先验信息。2018年在南海进行的深海实验数据处理的结果表明该估计方法可行,对于实验中距离15km以内的拖曳声源,深度相对估计误差可以达到15%以内。     

基于二指向性接收阵元强度差的定向方法

水声领域中常用的高频定向算法通常基于时延或相位,这些方法受半波长布阵的限制,当信号频率超过一定限度时会产生角度模糊,从而影响方位估计效果。本文提出利用声轴方向有一定开角的有指向性水听器来引入不同阵元接收信号的强度差,利用强度差来估计目标的方位。这种方法由于不涉及相位或时延信息,一定条件下解决了高频声源定向过程中的角度模糊问题,并通过仿真和试验数据对算法性能进行了验证。     

基于分段信号相关累加的变速度多站联合直接定位方法

在低信噪比条件下,基于时延和多普勒频移的直接定位算法在解决宽带信号源定位时精度较差.针对此问题,提出了一种基于分段信号相关累加的变速度多站联合直接定位算法,并给出了其克拉美罗下界.该算法利用多个变速度的观测站对信号进行接收,然后将同一观测站接收的目标信号分割成多段不重叠的短时信号,采用最大似然估计器,联合各段信号的时延、多普勒频移信息对目标进行直接定位.算法充分利用了观测信号包含的定位信息,并利用观测站速度的变化增加了目标位置信息,解决了分段信号联合估计带来的定位模糊问题,使定位精度进一步提高,增加了算法的实用性.仿真实验表明,较之传统直接定位算法,本文算法定位精度更高,尤其在低信噪比条件下更能逼近克拉美罗界.     

一种基于先验信息和多模板匹配的票据水印检测算法

针对票据水印多目标检测过程中误检率和漏检率高的难题,提出了一种基于先验信息和多模板匹配的票据水印检测算法.该算法采用分级匹配的思想,首先选取初始水印模板进行单模板、粗匹配运算;然后利用票据水印的先验信息计算水印散布区间;接着在水印散布区间内进行多模板、细匹配运算;最后利用先验信息校验已检测到的水印位置,并估算未检测到的水印位置,降低水印检测的漏检率和误检率.仿真实验证明本算法误检率和漏检率低,可以有效地检测票据水印.     

一种基于先验信息和多模板匹配的票据水印检测算法

针对票据水印多目标检测过程中误检率和漏检率高的难题,提出了一种基于先验信息和多模板匹配的票据水印检测算法.该算法采用分级匹配的思想,首先选取初始水印模板进行单模板、粗匹配运算|然后利用票据水印的先验信息计算水印散布区间|接着在水印散布区间内进行多模板、细匹配运算|最后利用先验信息校验已检测到的水印位置,并估算未检测到的水印位置,降低水印检测的漏检率和误检率.仿真实验证明本算法误检率和漏检率低,可以有效地检测票据水印.     

光电经纬仪实时引导的实现

在由四台光电经纬仪与雷达组成的测量网络中,为了提高光电经纬仪实时捕获跟踪空间目标的能力,建立基于目标位置估计的实时引导系统.利用滑窗式最小二乘法将光电经纬仪实时交汇数据和雷达的实测数据进行互联,解算出目标的瞬时位置,经时延补偿后获得目标的位置估计,经坐标转换后实现光电经纬仪的实时引导.实时引导系统充分利用了所有测量站的测量信息,可提高引导数据的引导准确度和可靠性.试验结果表明,该方法快速提供的平滑引导数据,不仅能准确将目标引入光电经纬仪的视场,亦可为其他测量设备提供参考数据.     

近场浅海舰船目标定位精度实验研究

根据聚焦波束形成声图处理方法在实际海上测量的特点,提出用系统时延差校准、基阵倾角修正、深度测量、分频段目标定位等多种方法克服测量系统及环境的各种不利因素,实现舰船目标高精度定位。采用声图计算结果与GPS记录值对比、声图计算结果与GPS记录值的正横距对比两种方法进行了聚焦波束形成声图法精度的实验验证,经验证聚焦波束形成声图处理方法在浅海测量区有较高的定位精度。其最大正横距差值可以达到2.9 m,均值0.93 m,从而实现舰船目标高分辨精确定位。      

Analysis and implementation of cross sync period underwater acoustical positioning techniques for underwater targets

I.IlltroductionWhenanactiveunderwateracousticalpositioningsystemissearchingforanunderwatertarget,itisnecessaryforittocompleteatransmittingandreceivingcycIewithineachworkingperiodinordertofindoutthelocationofthetargetcorrectly.Forexample,whenanunder-wateracoustica1synchronouspositioningsystemistrackinganunderwatertargetwithagivensynchr0nizingperiod,thepropagati0ntimeofthepositioningsignaltravellingfr0mthetaJrgettothearrayofthesystemshouldbelessthanthesynchronizingperiod0therwisetargetdis-tance…     

基于通用数据采集卡的水声应答器设计

水声应答器(Acoustic Transponder/Responder)是一类常用的水声设备,主要功能是完成水下设备的定位和导航,广泛应用在水声系统测试、目标模拟以及水声科学试验中。本文以NI公司的PCI-6052采集卡和工控机构成信号处理模块,设计出了一种可灵活配置的水声应答系统(ESRAE,Extensible Sound Responder for Acoustic Experiments),通过环境噪声电平的跟踪估计和脉冲判决技术实现了复杂海洋条件下脉冲检测、回发功能,并在海洋水声信道测量试验中得到了成功的应用。     

时频谱图和数据增强的水声信号深度学习目标识别方法

水声目标识别一直是水声领域研究的重点问题之一,深度学习方法可以有效地解决目标识别问题,然而,水声样本的稀少限制了该方法的应用.该文提出一种基于数据增强的水声信号深度学习目标识别方法,该方法以Mel功率谱作为网络的输入特征,通过对原始信号在时域和时频域的拉伸和掩蔽等变换,实现数据扩展和增加泛化性能的目的,最后,利用改进的...     

多子阵组合的短基线声学定位系统数据优化方法*

短基线声学定位系统是一种常用的水下声学定位设备,为提高适用性,常采用多阵元接收阵的方式进行水声定位,其工作时将带来冗余的测距数据和定位结果,而部分冗余数据的解算定位结果误差较大（以下简称奇异值）,其代入融合将导致最终定位结果的误差不减反增。为解决该问题,本文分析奇异值特征,提出了基于多子阵组合(Multiple Subarray Combination,以下简写MSC)的短基线声学定位数据优化方法。该方法将空间阵中划分出的各单元子阵进行筛选,对冗余数据进行优化,筛除会引入较大误差的中间数据,进而提高定位精度。计算机仿真及实际测试数据表明：该方法可实现整体声源定位精度的提高。同时与传统定位方法相比可有效减小运算量,提高整体定位系统的性能。     

基于实孔径成像的水下高速小目标末弹道 测量方法

在没有合作声信标和水下弹道测量系统配合的条件下,传统的基线定位法难以测量水下高速小目标末弹道。文中提出了一种测量高速小目标末弹道的方法,该方法通过在靶标上安装实孔径声学成像系统,发射双曲调频信号保持系统在目标回波多普勒偏移量较大时的输出幅值稳定,并采用频域宽带信号处理技术修正多普勒偏移造成的目标方位测量误差和抑制混响干扰,经过湖上试验,系统获取了较清晰的声学图像,准确分辨出目标位置,能够较精确地测量高速小目标末弹道。     

基于虚拟时间反转镜的短基线定位研究

海洋的多途效应是影响水声定位信号检测性能的主要因素。为了满足信号检测中的某种"最佳"准则,克服海洋水声信道的多途效应,本文基于信道的匹配滤波器-时间反转镜技术,提出虚拟时间反转结合匹配滤波器构造信号处理接收机的方法。通过计算机仿真和实验数据处理表明,经过基于虚拟时间反转处理的匹配滤波(TR-MF)接收机性能优于传统的匹配滤波(MF)接收机,并且将该技术应用在短基线水声定位系统中,提高了时延估计分辨力,改善了定位精度。     

基于并行蚁群算法的长基线定位方法*

为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结果表明,该方法具有收敛速度快、解稳定和定位精度高等优点,能有效地降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响。