基于声散射统计特性的压缩感知水下目标定位与观测矩阵性能

1

作者 滕跃 林巨 +1 位作者 王欢 王敬尧 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第5期1129-1140,共12页

近年来,压缩感知理论在水下目标定位领域得到了广泛的应用,压缩感知定位算法将水下目标定位问题转化为稀疏模型重构问题,具有较高的定位准确性,但定位结果受散射环境影响。该文开展水下目标定位的水池试验,对水听器阵列接收的试验数据... 近年来,压缩感知理论在水下目标定位领域得到了广泛的应用,压缩感知定位算法将水下目标定位问题转化为稀疏模型重构问题,具有较高的定位准确性,但定位结果受散射环境影响。该文开展水下目标定位的水池试验,对水听器阵列接收的试验数据进行处理,通过定位误差、可定位声源数量和定位信噪比分析定位结果,研究压缩感知定位算法的宽带性能、散射环境对定位结果的影响,并使用Spark系数和声散射统计特性近似分析了观测矩阵性能。水池试验结果表明,压缩感知定位算法在较宽的频率范围内有较好的适用性;随着环境散射增强,水声定位观测矩阵的列相干性减小,稀疏重构性能提升,使得定位结果更加准确;在近似分析水声定位观测矩阵性能时,声散射统计特性与Spark系数的变化趋势相似,并具有直观且计算简单的优点。 展开更多

关键词 压缩感知 观测矩阵 水下目标定位 概率密度函数

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基于爆炸声源的远程水下目标定位方法 被引量：3

2

作者 黄聪 朱伟锋 李迪 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第6期176-181,共6页

[目的]随着潜艇隐蔽性和作战能力的不断提高,水面舰艇面临的水下挑战日益严峻。为加强对潜艇的全面感知和持久监视预警能力,对利用水下爆炸声作为发射声源的远程目标探测方法进行系统研究。[方法]基于双基地声呐定位原理,给出水下目标... [目的]随着潜艇隐蔽性和作战能力的不断提高,水面舰艇面临的水下挑战日益严峻。为加强对潜艇的全面感知和持久监视预警能力,对利用水下爆炸声作为发射声源的远程目标探测方法进行系统研究。[方法]基于双基地声呐定位原理,给出水下目标的解算方法;根据声呐方程给出的能量关系,推导系统最大探测范围的数学模型,利用数值仿真分析目标定位误差的空间分布,以及爆炸声源不同投放距离的目标探测范围及其定位精度。[结果]结果表明,基于爆炸声源的水下目标探测不能在全平面上扩大探测区域,但在基线延长线附近的一定开角范围内,可获得较大的探测优势。在此基础上,通过合理配置多枚爆炸声源,可增大对潜艇的警戒纵深。[结论]可为航空应召反潜提供有效目标信息。 展开更多

关键词 反潜作战 爆炸声源 水下目标定位 双基地声呐

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基于爆炸声源的水下目标定位算法 被引量：2

3

作者 王国刚 王洋洋 何跃峰 《指挥控制与仿真》 2018年第2期76-80,共5页

由于声信号在水下传播过程中的衰减,导致主动声呐的作用距离有限,难以实现对远距离目标的有效探测,而被动声呐探测又存在只能获取目标方位难以获取目标距离的不足,严重影响了水下目标的定位效果。基于爆炸声源的水下目标定位算法通过使... 由于声信号在水下传播过程中的衰减,导致主动声呐的作用距离有限,难以实现对远距离目标的有效探测,而被动声呐探测又存在只能获取目标方位难以获取目标距离的不足,严重影响了水下目标的定位效果。基于爆炸声源的水下目标定位算法通过使用爆炸声波作为声源,为被动声呐提供目标回波信号,通过获取声源爆炸位置、回波时间间隔及目标回波方位,利用三角定位法计算目标的位置信息。该算法定位精度高,可为反潜武器系统中远程反潜武器的作战提供精确的目标位置信息。 展开更多

关键词 声学 爆炸声源 水下目标定位 最佳爆炸角度

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基于互谱法的水下目标定位及区域控制技术 被引量：1

4

作者 夏庆升 《鱼雷技术》 2016年第1期33-36,共4页

为了在工程上实现远距离、低信噪比条件下对水下目标进行有效检测与方位的精确估计,提出了基于互谱时延估计方法和三角定位原理的被动目标声定位方法和区域控制方法,并通过仿真试验、消声水池试验和实船数据验证,结果表明,所提方法简单... 为了在工程上实现远距离、低信噪比条件下对水下目标进行有效检测与方位的精确估计,提出了基于互谱时延估计方法和三角定位原理的被动目标声定位方法和区域控制方法,并通过仿真试验、消声水池试验和实船数据验证,结果表明,所提方法简单易行、可操作性强,具有较好的工程应用前景。 展开更多

关键词 水下目标定位 互谱法 时延估计 被动声定位 区域控制

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基于鱼类感知机理的水下目标定位技术

5

作者 徐阳 郜述显 《指挥控制与仿真》 2021年第1期125-129,共5页

侧线是鱼类和两栖动物特有的感知器官,鱼类依靠侧线器官可以实现交流、避障、导航、捕食与群游等。针对水下无人航行器(AUV)受到光线、噪声的影响时,无法精确感知目标位置及周围水流环境的问题,在研究鱼类侧线感知机理的基础上,结合流... 侧线是鱼类和两栖动物特有的感知器官,鱼类依靠侧线器官可以实现交流、避障、导航、捕食与群游等。针对水下无人航行器(AUV)受到光线、噪声的影响时,无法精确感知目标位置及周围水流环境的问题,在研究鱼类侧线感知机理的基础上,结合流体动力学,建立了基于压力场的仿生侧线理论模型,采用CFD技术模拟不同位置的振动源引起的流场压强变化,总结了仿AUV模型表面压强的变化规律,为水下航行器的定位和导航提供了新的视角。 展开更多

关键词 仿生侧线 水下目标定位 流体力学 水动力仿真 水下机器人

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水下目标定位自适应相位差估计算法改进研究

6

作者 纪彦星 丁贤君 《舰船电子工程》 2021年第11期158-163,共6页

在主动式窄带水声定位系统中,准确估计基阵阵元间接收信号的相位差是关键技术。自适应维纳滤波器可以自适应地降低噪声干扰,对复杂的海洋信道环境有很强的适应能力。论文将递推最小二乘(RLS)算法与自适应Notch滤波器结合,以两路正交且... 在主动式窄带水声定位系统中,准确估计基阵阵元间接收信号的相位差是关键技术。自适应维纳滤波器可以自适应地降低噪声干扰,对复杂的海洋信道环境有很强的适应能力。论文将递推最小二乘(RLS)算法与自适应Notch滤波器结合,以两路正交且频率已知的连续波(CW)信号为参考信号,实现相位测量。相位估计值在极少次迭代后就收敛到真实值附近,并在之后的迭代计算中稳定趋向真实值。针对可能出现的“跳象限”现象,对算法加以改进。仿真研究和实验验证结果表明,该相位差估计器收敛速度快,稳定性好,计算精度高。 展开更多

关键词 RLS 自适应Notch滤波器 迭代算法 相位差估计器 水下目标定位

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一种水下目标定位方法

7

作者 李自超 林劲 +1 位作者 魏钰博 秦同杰 《舰船电子工程》 2023年第9期204-206,227,共4页

为了准确、便捷获取水下目标的位置,论文采用水声测距与差分GPS联合的方式实现水下目标的定位。水声测距获取被定位目标的水下距离信息,差分GPS获取相应测点的经纬度信息,通过多点几何关系解算将水下目标位置确定。

关键词 水下目标定位 水声测距 差分GPS

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短基线水下定位原理及误差分析 被引量：4

8

作者 张宇 季晓燕 张丹 《舰船电子工程》 2017年第7期41-45,共5页

基于短基线的定位系统在资源开采、水下目标的探测识别等领域均有着十分重要的作用,但复杂的水下环境会给定位系统带来一定的定位误差。因此需要分析定位过程中的多个误差源,并计算这些误差源对定位过程的影响。论文利用几何方法进行定... 基于短基线的定位系统在资源开采、水下目标的探测识别等领域均有着十分重要的作用,但复杂的水下环境会给定位系统带来一定的定位误差。因此需要分析定位过程中的多个误差源,并计算这些误差源对定位过程的影响。论文利用几何方法进行定位计算,并针对系统本身和系统所处环境带来的误差进行公式推导和分析,包括系统误差和随机误差等,同时对误差进行仿真,并提出了减小误差的方法,为工程实践提供理论依据。 展开更多

关键词 短基线 水下目标定位 误差分析

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利用多途时延的被动目标定位方法 被引量：1

9

作者 徐晓男 马启明 杜栓平 《应用声学》 CSCD 北大核心 2013年第2期129-136,共8页

本文研究了在海洋波导环境中利用多途时延信息进行水下目标被动定位的方法。理论分析了在等声速理想海洋波导环境中,多途时延信息随时间变化的规律及其与目标运动状态之间的联系。分析结果表明,不需要已知声线类型而仅利用多途时延信息... 本文研究了在海洋波导环境中利用多途时延信息进行水下目标被动定位的方法。理论分析了在等声速理想海洋波导环境中,多途时延信息随时间变化的规律及其与目标运动状态之间的联系。分析结果表明,不需要已知声线类型而仅利用多途时延信息即可实现浅海波导环境中水下目标的被动定位。利用多途时延信息,当有两条声线到达时可以估计运动目标的归一化径向速度;当有三条声线到达时,可实现水下运动目标距离、径向速度的估计。最后利用仿真和实验数据对上述结论进行了验证。 展开更多

关键词 多途时延 被动水下目标定位 波导

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基于单水听器水下定位的误差分析 被引量：2

10

作者 张丹 季晓燕 张宇 《舰船电子工程》 2017年第3期140-144,共5页

水下定位技术在深水作业中起重要作用,但由于深水中各种因素影响会造成一定定位误差,所以在采用一种定位方法之前,要分析各种误差源经过系统计算的传播后对定位精度的影响。论文利用距离和深度等数据对水下目标进行定位计算,并针对系统... 水下定位技术在深水作业中起重要作用,但由于深水中各种因素影响会造成一定定位误差,所以在采用一种定位方法之前,要分析各种误差源经过系统计算的传播后对定位精度的影响。论文利用距离和深度等数据对水下目标进行定位计算,并针对系统本身和系统所处环境所带来的五种误差进行理论公式推导和分析,包括测距误差、航速误差、定位时间测量误差、深度误差和位置修正误差,并给出了减小误差的基本方法。 展开更多

关键词 水下目标定位 误差分析

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基于应答式水声定位系统的目标快速定位技术实现及试验验证 被引量：1

11

作者 崔沁青 李伟 杨杰 《舰船电子工程》 2023年第9期194-198,211,共6页

针对UUV等水下目标高精度定位跟踪及综合测控要求,开展应答式水声定位研究。提出一种小型应答式水下定位声信标,并基于应答式水声定位系统的软硬件设计开展湖上试验,测试系统的作用距离、测距精度和测向精度,验证了该系统可以正确地测... 针对UUV等水下目标高精度定位跟踪及综合测控要求,开展应答式水声定位研究。提出一种小型应答式水下定位声信标,并基于应答式水声定位系统的软硬件设计开展湖上试验,测试系统的作用距离、测距精度和测向精度,验证了该系统可以正确地测量到信标的距离和方向并对目标进行实时追踪;该系统在湖上的最大作用距离约为1400m,同时具备水声定位跟踪和水声遥测遥控等综合测控功能,具有较高的实用价值和良好的市场应用前景。 展开更多

关键词 应答式水声定位 信标 探测声纳 水下目标定位

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水下三基阵联合的纯方位定位算法

12

作者 黄文强 郭明昂 +2 位作者 徐澄 张传炜 金鸣 《电声技术》 2023年第4期23-26,共4页

多基阵联合的定位系统具有较强的抗干扰能力和生存能力,常用于水下目标定位。基于稀疏重构,提出一种适用于水声网络的分布式三基阵联合的纯方位定位算法。除了经典的线性阵列,引入球麦克风阵列,利用其三维特性提高定位精度,并将稀疏重... 多基阵联合的定位系统具有较强的抗干扰能力和生存能力,常用于水下目标定位。基于稀疏重构,提出一种适用于水声网络的分布式三基阵联合的纯方位定位算法。除了经典的线性阵列,引入球麦克风阵列,利用其三维特性提高定位精度,并将稀疏重构用于定位算法。仿真结果表明,三基阵联合的纯方位定位算法可以实现精准定位。 展开更多

关键词 水下目标定位 分布式三基阵 球麦克风阵列 稀疏重构

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基于水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统 被引量：15

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作者 徐凤强 董鹏 +1 位作者 王辉兵 付先平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2393-2402,共10页

针对水下机器人实现自主抓取过程中缺乏引导系统的问题,提出了一种依托水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统,用来解决水下目标的智能检测问题,并引导水下机器人进行海产品的自主抓取。将卷积神经网络检测算法应用到水下场景,利用... 针对水下机器人实现自主抓取过程中缺乏引导系统的问题,提出了一种依托水下机器人的海产品智能检测与自主抓取系统,用来解决水下目标的智能检测问题,并引导水下机器人进行海产品的自主抓取。将卷积神经网络检测算法应用到水下场景,利用水下图像数据集训练特定的网络模型DSOD检测海产品。建立短基线定位系统定位水下作业的机器人。通过分析相机成像坐标系与定位系统坐标系之间的关系,提出了一种计算海产品实际位置的坐标转换方法,计算海产品的实际位置。设计了一种基于反馈机制的多信号分析方法,引导机器人在水下移动并抓捕海产品。为了验证所提系统的有效性,搭建了一款水下抓捕机器人,并成功将所提算法应用到机器人,在真实海洋环境中进行海产品的自主抓取实验。 展开更多

关键词 水下抓捕机器人 智能检测 水下目标定位 短基线定位系统 自主抓取

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非合作水声脉冲信号的单水听器匹配场定位研究 被引量：4

14

作者 李焜 方世良 安良 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第11期2541-2547,共7页

该文以非合作水声脉冲信号为对象,研究非合作条件下水声信号的单水听器匹配场定位。首先根据水声脉冲信号的短时瞬态非平稳特性,设计具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行频率估计。然后利用声场传播模型计算声场,求解海洋信道脉冲... 该文以非合作水声脉冲信号为对象,研究非合作条件下水声信号的单水听器匹配场定位。首先根据水声脉冲信号的短时瞬态非平稳特性,设计具有自适应径向高斯核函数的时频分布进行频率估计。然后利用声场传播模型计算声场,求解海洋信道脉冲响应。由计算出的信道脉冲响应和水听器上的接收信号,使用时域最小二乘的方法得到搜索网格区域上的拷贝场信号。最后通过建立误差代价函数,获得表征目标位置的模糊表面,实现利用单个水听器对非合作水声脉冲信号的匹配场定位。通过仿真实验和实际海试数据的验证,证明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 水下目标定位 水声脉冲信号 非合作 单水听器 匹配场定位

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基于合成时空谱的多目标运动分析 被引量：1

15

作者 毛卫宁 钱进 蔡卫平 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期131-133,共3页

针对水下多目标的检测与定位问题 ,提出了一种基于合成时空谱的多目标运动分析方法 .该方法可对多个弱目标同时实现检测、定位、跟踪和运动分析 ,避免了多目标跟踪中的数据关联、轨迹交叉等信号处理难点 ,提高了算法的适用性 .研究利用... 针对水下多目标的检测与定位问题 ,提出了一种基于合成时空谱的多目标运动分析方法 .该方法可对多个弱目标同时实现检测、定位、跟踪和运动分析 ,避免了多目标跟踪中的数据关联、轨迹交叉等信号处理难点 ,提高了算法的适用性 .研究利用遗传算法的小生境技术 ,实现了多目标的运动参数估计 .仿真结果表明 ,在低信噪比情况下 ,对强度不等、轨迹交叉的 展开更多

关键词 水下多目标检测 水下多目标定位 多目标运动分析 被动声纳 小生境技术 信号处理 多目标跟踪 合成时空谱

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基于线性最小方差和递归最小二乘的融合算法 被引量：7

16

作者 汪平平 张歆 刘深 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期33-36,共4页

针对目前水下目标定位的数据融合算法定位误差较大,精度缺乏良好性能的情况,提出一种应用于水下分布式探测考虑节点可信度的基于线性最小方差估计(LMSE)和递归最小二乘(RLS)的自适应融合算法。该算法采用两级自适应调整得到最优加权因子... 针对目前水下目标定位的数据融合算法定位误差较大,精度缺乏良好性能的情况,提出一种应用于水下分布式探测考虑节点可信度的基于线性最小方差估计(LMSE)和递归最小二乘(RLS)的自适应融合算法。该算法采用两级自适应调整得到最优加权因子,首先利用线性最小方差估计(LMSE)算法得到权系数的初始值,然后利用训练节点和递归最小二乘(RLS)算法自适应地调整达到最优。对水下静态和运动目标定位进行的仿真表明,相比单传感器定位,提出的融合算法的定位精度有约1～2个数量级的提高。 展开更多

关键词 水下目标定位 分布式传感器网络 数据融合算法 节点可信度 两级自适应调整

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一种基于多站的轨迹跟踪算法

17

作者 陈新 容慧 《信息技术与信息化》 2020年第7期100-101,共2页

面对复杂海洋环境下低信噪比目标定位问题,基于单平台、单基阵水声目标定位技术只能获取自身坐标和水下目标的方位信息,本文设计一种改进型的多站交叉定位算法得到探测目标的坐标信息,并进行α-β滤波估计,持续跟踪得出探测目标的轨迹,... 面对复杂海洋环境下低信噪比目标定位问题,基于单平台、单基阵水声目标定位技术只能获取自身坐标和水下目标的方位信息,本文设计一种改进型的多站交叉定位算法得到探测目标的坐标信息,并进行α-β滤波估计,持续跟踪得出探测目标的轨迹,并对这一基于多站的轨迹跟踪算法做了Matlab仿真分析。 展开更多

关键词 水下目标定位 多站交叉定位 轨迹跟踪 Α-Β滤波

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