低功耗矢量水听器采集与信号处理系统设计

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作者 蔡兵兵 李世阳 +3 位作者 刘科峰 陈希 王斌 谭旭 《声学技术》 北大核心 2025年第3期386-394,共9页

自容式矢量水听器可以同时获取声压信号和三维矢量场信息,为满足水下长时间工作,对其数据采集平台的功耗、数据处理能力、同步实时存储速度提出了很高要求。而现有矢量水听器采集平台仍存在采集通道少、无法同时满足低功耗和时频域分析... 自容式矢量水听器可以同时获取声压信号和三维矢量场信息,为满足水下长时间工作,对其数据采集平台的功耗、数据处理能力、同步实时存储速度提出了很高要求。而现有矢量水听器采集平台仍存在采集通道少、无法同时满足低功耗和时频域分析的问题。因此,文章提出了一种基于STM32F407的自容式矢量水听器采集存储数据分析平台,不仅实现了八通道的同步信号采集与高速存储,还具有快速傅里叶变换及频域互谱分析、方位估计等功能。实验室与海上试验结果表明:该系统工作稳定,实现了八通道实时数据采集存储,各通道功耗约为0.16 W。在连续采集存储工作模式下,执行声压和振速联合时频域分析进行方位估计,本系统可工作10 d以上。该平台研究为矢量水听器水声信号长时间多通道同步采集、存储、特征提取和目标探测与识别奠定了良好的基础,也为多路标量水听器阵列的低功耗采集与信号处理提供了技术支撑。 展开更多

关键词 自容式矢量水听器 低功耗 信号处理 数据采集存储

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基于单矢量水听器四种方位估计方法 被引量：38

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作者 姚直象 惠俊英 +1 位作者 殷敬伟 杨娟 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2006年第1期122-127,131,共7页

单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。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;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并... 单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。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;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。 展开更多

关键词 单矢量水听器 信号处理 直方图 方位估计 平均声强器 相干干扰

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基于单矢量水听器多途宽带信号的三维定位算法 被引量：8

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作者 吴艳群 胡永明 +2 位作者 倪明 罗洪 孟洲 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1181-1187,共7页

针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰... 针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰值分别包含两路径的波达方向信息,而其位置对应两路径之间的时延差。仿真结果表明:当直达波和反射波在时域上重叠时,利用两副峰峰值仍然能够有效估计出直达波波达方向;通过构造"互相关峰锐化函数"锐化两幅峰,在低信噪比情况下可提高多途时延估计精度。最后,以多途时延与直达波波达方向为变量建立方程组,估计目标的距离和深度。该算法的定位精度通过Monte-Carlo仿真进行了分析,并深入讨论了其适用性,湖试结果进一步验证了该算法的可行性。 展开更多

关键词 信息处理技术 矢量水听器 多途信号 三维定位

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单矢量水听器方位估计的柱状图方法 被引量：9

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作者 姚直象 惠俊英 +1 位作者 蔡平 殷敬伟 《应用声学》 CSCD 北大核心 2006年第3期161-167,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 单矢量水听器信号处理 柱状图方位估计 相干干扰

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基于波达方向矩阵的矢量水听器方位频率联合估计 被引量：5

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作者 何希盈 程锦房 +1 位作者 林春生 朱读明 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2008年第5期37-41,共5页

提出了一种新的基于单个矢量水听器的方位频率联合估计方法——波达方向矩阵法。利用矢量水听器的时延数据,构造了两个相同的子阵,通过对波达方向矩阵的特征分解,实现了对目标信号的波达方向估计,并同时得到了目标的频率特征。计算机仿... 提出了一种新的基于单个矢量水听器的方位频率联合估计方法——波达方向矩阵法。利用矢量水听器的时延数据,构造了两个相同的子阵,通过对波达方向矩阵的特征分解,实现了对目标信号的波达方向估计,并同时得到了目标的频率特征。计算机仿真实验表明,该方法具有较好的估计精度。 展开更多

关键词 矢量水听器 波达方向估计 波达方向矩阵 水声信号处理

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基于矢量信号处理的水声定位系统 被引量：6

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作者 宋新见 殷冬梅 惠俊英 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2003年第3期110-114,共5页

将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合,设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统。介绍了系统的组成和工作原理,并结合近年来出现的矢量信号处理技术,设计了新的实时信号处理软件。经湖试和海试,系统的可行性得到了初步的验证。

关键词 水声定位系统 矢量水听器与信号处理 扩频通信

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单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究 被引量：3

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作者 何希盈 程锦房 +1 位作者 邓大新 张磊 《兵工自动化》 2009年第11期59-61,共3页

矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明:三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器M... 矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明:三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器MVDR波束形成对在水平方向上的目标信号有很高的分辨率。 展开更多

关键词 矢量水听器 MVDR 波达方向估计 水声信号处理

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基于PSO-BP神经网络的矢量水听器的DOA估计 被引量：3

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作者 郭亚强 王鹏 白艳萍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1229-1233,共5页

利用PSO-BP神经网络,研究了基于矢量水听器阵列的水下声源的波达方向估计。首先对阵列协方差矩阵进行实值化和特征分解,然后将信号子空间的基作为PSO-BP神经网络的输入,并作为样本数据进行训练,以降低PSO-BP神经网络的复杂度.最后将测... 利用PSO-BP神经网络,研究了基于矢量水听器阵列的水下声源的波达方向估计。首先对阵列协方差矩阵进行实值化和特征分解,然后将信号子空间的基作为PSO-BP神经网络的输入,并作为样本数据进行训练,以降低PSO-BP神经网络的复杂度.最后将测试样本代入PSO-BP神经网络,成功地进行了DOA估计。仿真实验表明,该方法泛化性能好,解决了输入维数过大的问题,并提高了DOA估计精度,具有较强的工程应用价值。 展开更多

关键词 信号处理 DOA估计 信号子空间 BP神经网络 矢量水听器

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基于矢量传感器阵列的“矢量-空间”预处理算法 被引量：2

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作者 常文秀 陶建武 崔伟 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第8期1562-1566,共5页

首先建立了位于反射界面附近的三维圆柱形矢量传感器阵列的数学模型;基于此阵列的"矢量-空间"域,提出了一种新的相干信号预处理算法,并分析了算法的性能。数值仿真验证了在不同的阵列参数下算法的有效性。理论推导和数值仿真... 首先建立了位于反射界面附近的三维圆柱形矢量传感器阵列的数学模型;基于此阵列的"矢量-空间"域,提出了一种新的相干信号预处理算法,并分析了算法的性能。数值仿真验证了在不同的阵列参数下算法的有效性。理论推导和数值仿真表明此算法具有减少整个阵列空间孔径的损失,增加平滑相干信号的数目等优点。 展开更多

关键词 阵列信号处理 相干信号 矢量传感器 反射界面

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一种改进的基于矢量水听器阵列的相干信号方位估计 被引量：2

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作者 叶利民 邓大新 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期90-93,共4页

为了对相关信号源进行方位估计,针对矢量水听器均匀线列阵,Rahamim提出了一种方法,即将测量数据按同一类型水听器进行排列,但该方法只能实现相干信号的一维方位估计,且存在180°模糊。为此,提出了一种改进方法,即将测量数据按同一... 为了对相关信号源进行方位估计,针对矢量水听器均匀线列阵,Rahamim提出了一种方法,即将测量数据按同一类型水听器进行排列,但该方法只能实现相干信号的一维方位估计,且存在180°模糊。为此,提出了一种改进方法,即将测量数据按同一阵元位置进行排列,采用前后向空间平滑技术。这样不但能实现相干信号的二维方位估计,而且无180°模糊。仿真实验结果证明了该方法的优越性。 展开更多

关键词 矢量水听器阵 阵列信号处理 相干信号 空间谱 前后向空间平滑技术

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基于矢量传感器扭曲声波方位角和俯仰角估计 被引量：2

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作者 常文秀 陶建武 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第7期1253-1255,共3页

由于幅值和相位扭曲声波到达单个矢量传感器时仍能保持空间一致性,基于单个矢量传感器,采用计算有效的子空间技术,提出了一种幅值和相位扭曲水下声波的方位角和俯仰角估计算法。分析了影响算法性能的因素,并针对单个矢量传感器接收的信... 由于幅值和相位扭曲声波到达单个矢量传感器时仍能保持空间一致性,基于单个矢量传感器,采用计算有效的子空间技术,提出了一种幅值和相位扭曲水下声波的方位角和俯仰角估计算法。分析了影响算法性能的因素,并针对单个矢量传感器接收的信号波形具有扭曲幅值和扭曲相位的情况,推导了方位角和俯仰角估计的CRB(Cramer-Rao bound)。数值仿真表明算法对信号的振幅和相位扭曲具有很强的鲁棒性。 展开更多

关键词 信号处理 方位角和俯仰角估计 振幅和相位扭曲声波 水下声波矢量传感器

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基于分数低阶统计量的水下目标定向新方法 被引量：1

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作者 邱天爽 查代奉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2006年第7期941-945,共5页

针对传统方法对阵列信号处理所研究的噪声采用高斯分布的模型来进行描述,当噪声存在显著的尖峰时,不能得到满意结果的问题。利用稳定分布对实际中所遇到的具有较大脉冲特性的随机噪声进行建模,分析了共变在阵列信号处理中的不足,利用已... 针对传统方法对阵列信号处理所研究的噪声采用高斯分布的模型来进行描述,当噪声存在显著的尖峰时,不能得到满意结果的问题。利用稳定分布对实际中所遇到的具有较大脉冲特性的随机噪声进行建模,分析了共变在阵列信号处理中的不足,利用已有的矢量水听器模型建立一种水下目标定向系统,提出了一种基于分数阶相关的水下目标定向算法。仿真表明这种算法是一种在高斯和分数低阶α-稳定分布噪声条件下具有良好韧性的水下目标定向算法,相对共变而言,分数阶相关具有更宽的噪声特征指数范围,更适用于实际应用。 展开更多

关键词 阵列信号处理 α-稳定分布 矢量水听器 共变 分数阶相关

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矢量水听器目标定向融合算法仿真

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作者 张颖颖 杜立彬 +2 位作者 孙继昌 张颖 侯广利 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2010年第3期373-377,共5页

针对矢量水听器定向算法在不同目标方向和噪声情况下精度各有优劣的特点,和定向结果普遍具有一致性较差的缺点,将多传感器和多源数据处理中先进的数据融合技术引入定向算法的研究当中。采用基于方差的加权数据融合技术,将平均声强法、... 针对矢量水听器定向算法在不同目标方向和噪声情况下精度各有优劣的特点,和定向结果普遍具有一致性较差的缺点,将多传感器和多源数据处理中先进的数据融合技术引入定向算法的研究当中。采用基于方差的加权数据融合技术,将平均声强法、反正弦法和反余弦法这三种矢量定向算法有效融合,取长补短,单一算法的执行过程中也有效沿用了重复检测的优化思想。仿真实验验证,融合算法不仅可以提高目标的定向精度,而且大大降低检测结果的均方差,从而提高了定向结果的准确性和可靠性,对水下目标检测工程具有重要意义。 展开更多

关键词 矢量水听器 数据融合 信号处理 方差加权优化

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MEMS矢量水听器阵列方位估计的对比研究

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作者 刘宏 张国军 +2 位作者 葛晓洋 李振 宋小鹏 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第5期766-770,共5页

基于新型微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器,首先利用计算机仿真对比分析了阵列空间谱估计4种相关算法(包括MUSIC算法、Capon最小方差法、空间平滑算法和MMUSIC算法)的优劣性。其次在对比分析的基础上,考虑实际操作的可行性和信号处理的... 基于新型微机电系统(MEMS)仿生矢量水听器,首先利用计算机仿真对比分析了阵列空间谱估计4种相关算法(包括MUSIC算法、Capon最小方差法、空间平滑算法和MMUSIC算法)的优劣性。其次在对比分析的基础上,考虑实际操作的可行性和信号处理的准确性,选取定向精度较高,分辨能力较强的MUSIC算法处理不相干信号源,选取MMUSIC算法处理相干信号源。通过仿真验证和实验分析,结果表明,该MEMS矢量水听器阵列定向精度均在5°以内,具有较好的定向能力。 展开更多

关键词 微机电系统（MEMS）矢量水听器 信号处理 空间谱估计 矢量阵列 算法

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矢量水听器阵列在分界面上的空间谱估计

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作者 邓大新 林春生 +1 位作者 黄滨 龚沈光 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期476-479,共4页

矢量水听器通常由3个空间轴向垂直的振速水听器和1个声压水听器构成,可同时测量水声信号的振速和声压。为了了解复杂分界面上矢量水听器阵列的定向性能,根据分界面上平面波的反射模型,提出了改进的 Bartlett和Capon空间谱,建立了统一框... 矢量水听器通常由3个空间轴向垂直的振速水听器和1个声压水听器构成,可同时测量水声信号的振速和声压。为了了解复杂分界面上矢量水听器阵列的定向性能,根据分界面上平面波的反射模型,提出了改进的 Bartlett和Capon空间谱,建立了统一框架,并且以绝对硬边界为例,对矢量水听器阵和声压水听器阵的定向性能进行了比较。仿真实验结果证明了该方法的正确性。 展开更多

关键词 矢量水听器 阵列信号处理 空间谱 分界面 DOA估计

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单矢量水听器水声材料声反射系数自由场大样测量方法 被引量：2

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作者 时胜国 王超 胡博 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1036-1043,共8页

为了实现水声材料法向声反射系数的自由场宽带测量,将单矢量水听器作为测量系统的核心设备,结合脉冲声发射技术与后置逆滤波信号处理技术,提出了基于单矢量水听器的水声材料法向声反射系数自由场宽带测量方法,通过矢量水听器电子旋转技... 为了实现水声材料法向声反射系数的自由场宽带测量,将单矢量水听器作为测量系统的核心设备,结合脉冲声发射技术与后置逆滤波信号处理技术,提出了基于单矢量水听器的水声材料法向声反射系数自由场宽带测量方法,通过矢量水听器电子旋转技术实现直达声与反射声的有效分离。讨论了测量系统误差以及接收信号的信噪比等因素对测量结果的影响,该方法对信噪比有一定要求,但对测量系统误差不敏感。实验测试结果表明:与未经后置逆滤波处理的实验测试结果相比,文中所述方法显著提高了测量性能,但受发射换能器低频发射能力限制,实验结果在2.5 kHz以上与理论值吻合较好。 展开更多

关键词 矢量水听器 后置逆滤波 宽带脉冲 声反射系数

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生物听觉耦合机制的矢量组合阵方位估计方法 被引量：1

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作者 方尔正 桂晨阳 +2 位作者 孙纯 陈峰 王欢 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1015-1021,共7页

针对有限安装空间条件下小孔径基阵方位估计性能较差的问题,本文借鉴奥米亚棕蝇听觉系统的耦合放大机制,提出了一种基于仿生物听觉耦合系统的小孔径矢量组合阵方位估计方法。该方法利用单矢量传感器接收信号与噪声的声压和各个振速的相... 针对有限安装空间条件下小孔径基阵方位估计性能较差的问题,本文借鉴奥米亚棕蝇听觉系统的耦合放大机制,提出了一种基于仿生物听觉耦合系统的小孔径矢量组合阵方位估计方法。该方法利用单矢量传感器接收信号与噪声的声压和各个振速的相关特性设计了矢量声强滤波器,然后对小孔径组合阵声压通道接收数据进行滤波以提高信噪比,最后将仿生学听觉耦合机制拓展至该小孔径阵列,放大相邻阵元的相位差,从而获得具有较好DOA估计性能的CBF和MVDR方法。仿真结果表明:矢量听觉耦合算法在阵孔径小于常规10倍时,均可获得较好的空间谱,有效的提高的小平台阵列算法的性能。 展开更多

关键词 小孔径 组合阵列 矢量水听器 声强滤波器 阵列信号处理 方位估计 机械耦合 耦合放大

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单矢量水听器OFDM水声通信技术实验 被引量：9

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作者 刘凇佐 周锋 +2 位作者 孙宗鑫 李慧 乔钢 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期941-947,共7页

针对水声通信中信道特性复杂、低信噪比的情况,为提高水声通信质量,在理论研究OFDM与矢量信号处理技术基础上,提出并设计了一套基于DSP平台和三维同振型矢量水听器的矢量OFDM实时水声通信调制解调器.在哈尔滨市松花江水域中进行了水平... 针对水声通信中信道特性复杂、低信噪比的情况,为提高水声通信质量,在理论研究OFDM与矢量信号处理技术基础上,提出并设计了一套基于DSP平台和三维同振型矢量水听器的矢量OFDM实时水声通信调制解调器.在哈尔滨市松花江水域中进行了水平方向上矢量水声通信实验.实验结果表明,系统达到实时通信的要求,在4.3 km的水平通信距离上、QPSK调制、1/2卷积码编码、通信频带4～8 kHz的条件下,通信速率达到1 873 bit/s,最终误码率低于10-4,矢量OFDM比标量OFDM水声通信误码率有明显改善. 展开更多

关键词 水声通信 正交频分复用 矢量水听器 矢量信号处理 水声调制解调器

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