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。     

时间反转镜用于被动检测技术的研究

从信道理论出发研究了时间反转镜的聚焦效应,提出时间反转镜空间滤波技术,对其空间匹配特性、处理增益、检测能力、稳健性作了仿真研究。仿真结果表明,利用了海洋信道的相干多途特性,时间反转镜可实现信号的空间匹配滤波,从而对目标进行检测,检测能力强。     

时变信道下的被动时间反转扩频水声通信

本文研究了时变信道条件下采用被动时间反转的直接序列扩频水声通信方案。多通道被动时间反转可通过对信道多径进行时间、空间聚焦实现信道匹配,但低信噪比、时变特性造成的信道特性失配对被动时间反转处理的性能造成严重影响。在垂直阵接收的基础上,本文采用码片级信道估计获取水声信道特性并进行周期性更新,并采用已判决码元产生的扩频码片作为信道估计训练序列,结合应用稀疏信道估计算法抑制零值抽头上的估计噪声,从而可有效改善时变、低信噪比条件下的被动时间反转处理的时、空多径聚焦效果,提高扩频通信性能。通过湖试实验比较了采用稀疏信道估计、传统信道估计算法的时反扩频接收机,以及经典直扩接收机的通信性能,实验结果表明：本文方案可在低信噪比获得较好的性能,并有效抑制时变信道对时反扩频通信性能的影响。     

基于主动式时间反转镜的声呐目标强度测量研究

为提高目标强度测量过程中的抗噪声、混响以及浅海多途干扰性能,从军标文件中的目标强度测量方法以及主动式时间反转镜的基本原理出发,经过研究和推演,发现可将基于单阵元的主动式时间反转镜与相关器结合应用于目标强度测量过程,提出了一种新的目标强度测量方法。该方法利用了主动式时间反转镜的抗多途特性,使得测量具有抗多途的性能;利用噪声与信号的不相关特性,算法结合相关器起到了很好的抗随机噪声效果;混响中的体积混响是随机的,算法具有抗体积混响的性能。论文分别从理论仿真和水池实验验证了算法的有效性和正确性。     

虚拟时反镜在水声被动测距中的应用

水声信道多途干涉使被动测距产生偏差．接收信号的自相关输出波形含有信道冲激响应结构的信息，本文提出通过简化模型可估计出信道冲激响应，并将其时间反转构造一前置预处理器，可实现虚拟时间反转镜（VTRM）．虚拟时反镜可获得时间、空间上的自适应聚焦效果，克服多途干涉对被动测距的影响，并且实现简单，可实时对目标进行测距．通过计算机仿真研究，验证VTRM技术可匹配声信道，提高被动测距的精度．     

小型矢量阵深海被动定位方法

文中提出一种适用于深海条件下并已知各项有关环境参数时,利用七元小型矢量立体阵,借助测定目标辐射噪声由不同途径自声源到达接收点的天顶角及方位角的结果,依据射线声学方法求得目标方位、距离和所在深度的被动定位方法。给出了矢量阵依多极子原理进行波束形成的计算公式,并就一种简单水文模型,给出解析计算公式。     

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。     

期望最大化算法近场被动定位技术研究

本文介绍了一种对近场声源的距离和方位参数的确定性最大似然估计方法。直接的对近场声源参数的最大似然估计产生了复杂的多参数优化问题,我们在实际采样数据(非完全数据)和假设数据(完全数据)等方面重新构建这个问题,最后提出运用期望最大化迭代方法获得最大似然估计。期望最大化算法将观测数据分解,然后对于最优化问题,运用有效的计算措施单独估计每个信号成分的参数。这种算法的应用性和有效性通过一定的仿真得到了验证。     

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。     

空气声被动定位的误差分析

本文讨论了了空气中声被动定位系统的误差来源,给出了相应的误差公式,并分析了各种误差对测向及测距精度的影响,为确定和提高被动声定位系统的精度提供了有价值的参考数据。     

Sound source imaging of low-flying airborne targets with an acoustic camera array

Two-dimensional images of sound source distribution from near-ground airborne sounds are created using an array of 32 microphones and time-domain beamforming. The signal processing is described and array configurations spanning a square area with a side length of 3.45 m, approximately five wavelengths for a 500 Hz sound, are examined. Simulations of a 32-element under-populated log₆ × log₆ spaced array are given for sound sources centered over the array at 250 Hz, 500 Hz, and 1000 Hz. Stochastically optimized array geometry with a simulated annealing algorithm is discussed and a 32-element array optimized for a 500 Hz source is given along with a simulated image for direct comparison with the log₆ spaced array. Images from field testing a 32-element under-populated log₆ × log₆ spaced array are provided for a small aircraft flyover. Results show that this type of acoustic camera generates accurate images of sound source location. Suggested uses include monitoring small aircraft flying too low to be detected by radar as well as monitoring ecological events, such as bird migration.     

基于误差修正的传感器阵列水声定位算法

本文分析了海洋环境中定位精度下降的根源,提出了一种基于误差修正的传感器阵列自主定位算法,并进行了计算机仿真和数据分析,结果表明该算法对于提高传感器阵列自主定位精度是有效的。     

非完整阵列接收下的虚拟接收目标定位技术

在浅海近似绝热环境中,利用虚拟接收方法对声源测距的目标定位方法相比于传统的匹配场定位方法可以避免对环境参数和声场模型的依赖,同时省去生成拷贝场时的大量计算·利用虚拟接收方法对声源测距主要是通过估计虚拟声场干涉条纹的斜率进行定位,而非完整阵列接收相当于引入了干扰项,破坏了虚拟声场干涉结构。引入了一种基于图像Hessian矩阵特征值分析的多尺度线性滤波器,通过数值模拟和实验数据处理,结果表明,该滤波器可以有效地增强干涉结构、检测和提取干涉图案中的条纹信息,提高非完整阵列接收条件下的虚拟接收目标定位技术的测距性能。     

Coherent underwater communication using passive time reversal over multipath channels

Passive time reversal exploits underwater acoustic channels’ spatial and temporal diversity. It can refocus multipath propagated signal at the receiver and can be realized simply by the passive phase conjugation (PPC) method. By the temporal focusing, time delay spread caused by multipath propagation is mitigated for spectral efficient coherent communications. However, the PPC method is unable to eliminate multipath and is limited by channel variations. An adaptive equalizer is therefore needed to compensate residual multipath after refocusing and to track channel temporal variations. Spatial diversity is obtained by using a vertical receiving array. In this paper we used 4-hydrophone array and demonstrated that the adaptive decision feedback equalization in conjunction with PPC significantly decreased the bit error rate.     

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。     

使用干涉谱图的浅海目标无源定位

提出了一种利用3个接收水听器对目标进行定位的算法。该方法对各水听器接收到的低频分析记录（LOFAR）谱图,利用Hough变换提取得到目标运动轨迹的最近通过点（CPA）参数。根据文中提出的最近点关联算法可以确定目标的运动速度,从而解算目标与各个水听器之间的距离,由此便可以结合三边定位原理对目标定位。仿真与海试数据的处理结果表明,本文定位方法可以在缺乏环境参数的情况下对匀速运动的目标进行定位。     

基于时反算子分解的时反高分辨率定位技术研究

基于时反算子分解技术,提出了主动时间反转选择性定位方法。为提高此定位方法的分辨率,根据时反算子和协方差矩阵的相似性,提出了时反MUSIC和对角线加载时反MVDR定位技术。传统的获取时反算子的方法是通过单个阵元依次发射,该方法的缺点是每次只有单个元发射,导致输入信噪比较小,本文提出通过多个波束正交发射获取时反算子,能得到较大的输入信噪比,从而改善三种定位方法的定位性能。波导实验分别对三种定位方法和正交发射技术进行了验证,结果显示三种定位算法中,子空间基于的时反MUSIC方法具有较好的定位精度,时反MVDR技术具有较高的分辨率。     

基于远场时间反演的亚波长天线阵列研究

基于远场时间反演, 从信号处理角度对亚波长阵列的超分辨率聚焦特性进行了理论分析. 提出了一种新型的微结构刻蚀亚波长阵列, 通过时间反演聚焦实验表明, 该阵列具有远场超分辨聚焦特性, 各单元间信道相互独立. 将这种亚波长阵列应用在时间反演镜天线上, 通过实验验证了可以获得更好的超分辨率聚焦效果. 所提出的亚波长天线阵列对多天线超宽带无线通信具有潜在的应用价值. 关键词： 时间反演 亚波长 天线阵列 超分辨率     

一种用于时间反演通信的亚波长天线阵列设计

基于时间反演电磁波的远场超分辨聚焦特性, 设计了一种亚波长天线阵列, 其天线单元刻蚀有微结构、单元间距为1/20工作波长且信道相互独立. 在保证相似的辐射特性的条件下, 该亚波长天线阵列对比于其他微结构刻蚀所组成的亚波长天线阵列, 具有较好的远场超分辨率聚焦特性. 为基于时间反演的高速率、高质量多天线通信提供了一种有效的终端天线阵列.