一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法

超短基线定位系统的定位精度和准确度是评价系统性能的重要指标, 通常采用固定点的定位重复度来评价定位精度, 采用其他解算方法作为真值参考评价定位准确度. 本文首先分析了以误差椭圆理论为基础的超短基线精度评价方法, 给出了理论推导公式, 证明了观测数据和理论误差椭圆的关系. 本文提出了一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法, 通过长基线交汇模型求解目标的真实位置评价系统的准确度. 根据该方法解算得到的待定目标位置作为真值参考, 能够反应系统误差的修正情况. 最后采用该方法进行海试数据处理, 处理结果表明该方法能够较好的反应定位精度, 进一步修正了系统偏差, 修正系统偏差后和修正前相比定位精度提高了0.2%, 具有良好的工程应用价值.     

声学理论在超短基线跟踪自治水下机器人中的应用

对超短基线定位系统的有效跟踪范围问题进行了研究,将射线声学基本理论和声纳方程相结合,提出一种确定超短基线定位系统在试验现场跟踪范围的有效方法。利用射线方程确定跟踪范围的上边界;利用声纳方程确定跟踪范围的下边界,上、下两个边界所围区域确定有效跟踪范围。湖上和海上试验证明了方法的有效性,提高了超短基线定位系统跟踪自治水下机器人自动航行的安全性和可靠性。。     

非同步水声定位技术及其性能评价

探讨用非同步方式进行水声定位的解算方法,用蒙特卡洛方法对各误差源及目标位置对同步及非同步定位系统定位精度的影响作了统计分析,并对其可行性及适用性进行了分析和探讨。仿真结果及湖试结果表明,采用长基线阵的非同步水声定位系统具有较高的定位精度。     

两步法提高时延差估计精度的分析和实验验证

为提高短基线水声定位系统的定位精度,对利用两次估计提高时延差计算精度的方法进行了理论分析、仿真和实验验证,并给出了具体的实现步骤。该方法将时延差估计值分解成了时延差初测值和时延差修正值,前者直接利用相关函数包络求解,后者与相关函数相位差之间存在映射关系,通过频域的相位差估计获得。仿真和实验的结果显示,采用这一方法能够获得很高的时延差估计精度。两步法具有很强的实用性,可以有效的提高短基线水声定位系统定位精度。      

一种四元超短基线阵实现高精度定位

由于超短基线自身尺寸较小,随着作用距离增加,其定位误差增大。对此,本文在阵元数较小的情况下,通过优化阵型形成间距不等的四元阵来提高系统定位精度。该阵型既减少了已有八元阵的冗余阵元,也不需要发射端发送跳频信号。本文给出了新阵型的相位补偿公式以及所适用频带的理论分析。理论分析和数值仿真表明:本文所述新阵型与已有的八元阵定位精度相当。可为改善超短基线定位精度提供一些参考。     

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。     

超短基线基阵基元相移差的测量

本文针对超短基线定位系统定位精度不高的问题，首先介绍了一种改进阵形的高精度定位算法，然后介绍了如何测量基阵附加相移的方法，并在湖试中，应用了此方法得到的补偿相移值，取得较好的定位效果。     

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。     

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。     

双曲面定位系统的误差分析

本文导出了双曲面定位系统的定位误差公式,分析了定位误差源及对应的权重系数,以水下短基线阵为例,计算了声速、时间差、阵元坐标的测量误差和声线弯曲引起的系统定位误差,以长基线阵为例,计算了定位精度区。本文结果对合理分配双曲面定位系统各误差源的误差有参考价值.     

中国声学学会会士简介

杨士莪：教授,中国工程院院 士,哈尔滨工程大学水声研究所 所长,中国声学学会副理事长。倡 导建立了我国第一个理工结合、 完整配套的水声工程专业。领导 开发了一系列应用于不同目的的各类水声定位系统。推动和领导了我国南海水声综合考察。在水洞噪声测量、探雷声呐技术等方面也有一定研究。 侯朝焕：水声学专家,中科院院 士,中科院声学研究所研究员。先 后完成了１２项国家重大项目,其 中有三项获国家发明奖,另外四 项获中科院科技进步奖。主持研 制了“水声信号起伏统计特性测量系统”,推动了水声信号场和混响场的研究。提出了…     

超短脉冲激光照射下光栅Talbot效应的实验研究

理论上研究了超短脉冲激光照射下光栅的Talbot效应,得到了超短脉冲激光照射下光栅Talbot图像的性质.实验上采用严格的实验方法(频率分辨光学开关装置测量超短脉冲激光、反射式扩束系统对超短脉冲进行扩束)很好地验证了理论分析结果.理论分析和实验结果表明,超短脉冲激光照射下光栅的Talbot图像的对比度会显著下降,而且超短脉冲激光的脉宽越短,Talbot距离越大,Talbot图像的对比度会进一步下降.     

长基线声学定位系统跟踪解算优化方法

针对现有长基线定位解算算法忽略阵型标定误差的问题,本文提出了一种结合声信标的标定误差和测距误差的待定目标解算方法。该方法利用观测数据的先验误差将观测数据连同带求解量一并构建平差解算模型,可以对待定目标位置解算进行优化求解。采用该方法对现有测量船只的跟踪定位实验进行数据处理,得到的跟踪定位轨迹平滑连续,和传统方法相比更接近于GPS输出结果,在深水环境下效果提升明显。理论分析和实验结果表明采用该方法能够获得更优化的位置估计结果及全局误差,能够应用于高精度长基线定位系统中。      

超短脉冲激光选通电子学全息成象系统研究

本文介绍了最早到达光概念,分析了超短脉冲激光电子学全息实现选通最早到达光成象的原理.用超短脉冲激光拍摄全息图,相当于用多色光记录全息图,当用单色光再现这种全息图时,会给再现象造成一个模糊量.在一般全息理论中,只讨论了采用单色光记录全息图,复色光再现所造成的模糊量.因此,本文中讨论的是一个与此相反的问题,即用多色光记录全息图,单色光再现的情况,并且着重讨论了超短脉冲激光记录全息图的情况.最后得出结论,在用超短脉冲激光拍摄全息图时,最好采用象面全息术.     

超级弹性球的反跳

近年来,超级弹性球的出现,尤其是“超球”反跳所显示的奇特现象,引起了人们极大的兴趣。本文将用简易的计算,说明“超球”反跳的某些现象.     

单载波频域均衡中的水声信道频域响应与噪声估计

本文对单载波频域均衡(SC-FDE)中的信道和噪声估计进行研究,理论分析了形成误码率平台的可能原因,提出了基于Chu序列的联合信道时频域响应和噪声功率估计算法.利用水声信道响应的稀疏特性和门限确定信道能量集中区域,进行信道估计的去噪处理和噪声功率计算.借助于水声射线模型对所提出的算法进行了仿真,分析了噪声估计对SC-FDE性能的重要影响.仿真结果表明,所提出的信道和噪声估计算法可以有效减缓或消除SC-FDE中的误码率平台.     

超短超强激光-等离子体中自生磁场的研究

本文回顾了激光-等离子体相互作用中自生磁场的产生以及提出的各种产生机制和诊断方法;比较全面地介绍了超短超强激光与等离子体相互作用中产生自生磁场的理论、数字模拟以及实验研究的状况;重点阐述了超短超强激光-等离子体相互作用中自生磁场对谐波发射影响的理论以及根据该理论完成的实验测定.     

四象限光电检测系统的定位算法研究及改进

在相同硬件条件下,四象限光电检测系统的线性区间和响应灵敏度等会因算法不同而产生差异。首先分析光斑定位的常用算法,通过数值积分和曲线拟合得出具有高斯分布的激光光斑位移量在不同算法下的修正曲线,设计制作了一套精度较高的数字式四象限光电定位系统,并使用该系统验证了理论推导结果。     

同步水声跟踪定位系统软件抗距离模糊技术研究

同步水声跟踪定位系统通过时延测量进行定位,当信号传播时延大于脉冲重复周期时,就会出现距离模糊。距离模糊是远程高帧率定位系统不可避免的问题。以往多采用硬件方法抗模糊,使得系统趋于复杂。本文提出了两种软件抗模糊方法:举手表决法和参考位置标示法,前者利用真解的一致性抗模糊,无需任何先验信息;后者利用目标的参考位置抗模糊,需要目标初始就位点这一先验信息。文中给出了算法原理和适用条件。软件抗模糊方法简化了系统设备,海试结果验证了算法的有效性。