基于主动波导不变量分布的改进扩展卡尔曼滤波跟踪方法

1

作者 孙同晶 朱庆煜 王治撰 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第1期167-177,共11页

在复杂的海洋环境中,目标的可知信息受环境噪声、混响等的干扰严重,导致目标跟踪效果较差,而从这些干扰中提取目标的可利用特征及其困难。该文将目标与环境的耦合特征融入目标跟踪算法中,提出了一种基于主动波导不变量分布的改进扩展卡... 在复杂的海洋环境中,目标的可知信息受环境噪声、混响等的干扰严重,导致目标跟踪效果较差,而从这些干扰中提取目标的可利用特征及其困难。该文将目标与环境的耦合特征融入目标跟踪算法中,提出了一种基于主动波导不变量分布的改进扩展卡尔曼滤波跟踪方法。首先基于浅海波导中目标散射特性基本理论,推导了收发分置条件下的主动波导不变量表征的数学模型,获得了距离、频率以及主动波导不变量分布的约束关系;然后将该约束加入到扩展卡尔曼滤波的状态向量中,通过增加新的约束来提高目标运动模型与真实目标运动轨迹的契合度进而提高目标跟踪的精度;最后通过仿真实验和实测数据验证了该方法的跟踪性能,结果显示:该方法较常规扩展卡尔曼滤波跟踪方法能够更好地提高目标跟踪精度,仿真中结果的优化率约能达到50%,实测数据处理结果的优化率约在60%左右。 展开更多

关键词 水下目标跟踪 扩展卡尔曼滤波 浅海波导 目标干涉特性 主动波导不变量

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利用LOFAR谱图的二维傅里叶变换脊计算波导不变量 被引量：25

2

作者 安良 王志强 陆佶人 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期2930-2933,共4页

该文提出了利用被动声纳信号LOFAR谱图的二维傅里叶变换计算波导不变量的方法。在用简正波方法分析了两种典型波导的波导不变量分布情况的基础上,推导了利用LOFAR谱图二维傅里叶变换脊计算波导不变量的公式。运用该公式仿真计算了Pekeri... 该文提出了利用被动声纳信号LOFAR谱图的二维傅里叶变换计算波导不变量的方法。在用简正波方法分析了两种典型波导的波导不变量分布情况的基础上,推导了利用LOFAR谱图二维傅里叶变换脊计算波导不变量的公式。运用该公式仿真计算了Pekeris波导和具有负跃层的浅海波导声场中声源深度从10m变化到90m时的波导不变量值,经过与南海试验数据的计算对比,两者计算结果相符。与简正波方法相比,该方法不需要精确了解海洋环境参数,同时避免了复杂的微分方程求解运算,更适合于信号的实时处理。 展开更多

关键词 LOFAR谱图 波导不变量 二维傅里叶变换 脊

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频散、声场干涉结构、波导不变量与消频散变换 被引量：18

3

作者 王宁 高大治 王好忠 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期825-831,共7页

浅海低频声场具有稳定的干涉结构,在距离-频率平面干涉结构可以由波导不变量概念统一刻画.回顾了频散、干涉结构和波导不变量概念的关系.综述、解释了作者等人新近引入的消频散变换,一种类似Fourier变换的双参数酉变换,变换可以同时消... 浅海低频声场具有稳定的干涉结构,在距离-频率平面干涉结构可以由波导不变量概念统一刻画.回顾了频散、干涉结构和波导不变量概念的关系.综述、解释了作者等人新近引入的消频散变换,一种类似Fourier变换的双参数酉变换,变换可以同时消除多模频散.变换的惟一先验输入参数是β-不变量.给出了初步实验数据处理结果.首次将消频散变换引入处理耦合简正波和混响问题,解释并证明了消频散变换在这些问题中的有效性. 展开更多

关键词 频散 声场干涉结构 波导不变量 消频散变换

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基于波导不变量的深海船舶噪声特征研究 被引量：5

4

作者 唐帅 笪良龙 +1 位作者 徐国军 崔宝龙 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期888-895,共8页

深海环境复杂多样,船舶噪声信号特征受环境影响较大,不利于目标位置及运动态势判断。文章在深海声道形成条件及其声场传播规律研究基础上,基于波导不变量理论,对典型深海环境不同位置船舶噪声距离-频率干涉条纹特征进行理论分析和仿真... 深海环境复杂多样,船舶噪声信号特征受环境影响较大,不利于目标位置及运动态势判断。文章在深海声道形成条件及其声场传播规律研究基础上,基于波导不变量理论,对典型深海环境不同位置船舶噪声距离-频率干涉条纹特征进行理论分析和仿真验证。理论分析和仿真结果表明,深海声道会聚区及反射会聚区船舶噪声信号存在干涉条纹特征,且对应的波导不变量β值不同,故两者干涉条纹特征不同。文中提出了利用深海船舶目标噪声的干涉条纹特征,对不同位置深海船舶目标及其运动态势进行判断的方法,仿真结果和试验数据表明,该判断方法可行有效。 展开更多

关键词 船舶噪声 波导不变量 会聚区 船舶运动态势 干涉条纹

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单水听器波导不变量被动测距 被引量：5

5

作者 王文博 黄勇 李淑秋 《应用声学》 CSCD 北大核心 2014年第5期391-396,共6页

本文主要讨论利用声场干涉现象由单水听器被动测距的可行性及测距性能,为此提出了单水听器波导不变量被动测距方法,通过提取LOFAR图上干涉条纹、使用简正波模型计算波导不变量、频域相关法估计相对速度,最后依据干涉条纹方程得到声源距... 本文主要讨论利用声场干涉现象由单水听器被动测距的可行性及测距性能,为此提出了单水听器波导不变量被动测距方法,通过提取LOFAR图上干涉条纹、使用简正波模型计算波导不变量、频域相关法估计相对速度,最后依据干涉条纹方程得到声源距离估计量。数值仿真和海上实验结果验证了单水听器被动测距的可行性,并具备一定测距性能,在3 dB信噪比环境中,对于7 km处的运动声源,平均测距误差小于5%。本文方法具有设备简单、易于推广至阵列信号处理等特点,为声纳信号处理环境宽容性的提高及环境适配声纳的设计开拓了思路。 展开更多

关键词 单水听器 波导不变量 干涉条纹 被动测距

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用频移补偿方法计算声场的波导不变量 被引量：5

6

作者 苏晓星 张仁和 李风华 《声学技术》 CSCD 北大核心 2007年第6期1073-1076,共4页

基于提高声场水平纵向相关的频移补偿方法,提出了一种声场波导不变量的计算方法。该方法简单易行,只需处理具有一定纵向间隔的两个水听器接收的信号。该方法通过将波导不变量设定在一定范围内进行搜索,最终选取波导不变量的值为使两个... 基于提高声场水平纵向相关的频移补偿方法,提出了一种声场波导不变量的计算方法。该方法简单易行,只需处理具有一定纵向间隔的两个水听器接收的信号。该方法通过将波导不变量设定在一定范围内进行搜索,最终选取波导不变量的值为使两个水听器所接收声信号的经频移补偿后的空间相关系数取最大值时对应的数值。浅海声学实验结果表明,利用该方法能实现声场波导不变量的准确估算。实验结果中所得出的波导不变量值随频率的变化特性及相应的理论分析都表明,在频率较低时频率对浅海声场波导不变量的取值有一定影响,因此波导不变量并不是不变的。 展开更多

关键词 水平纵向相关 频移补偿 波导不变量

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声矢量传感器线阵波导不变量被动测距研究 被引量：3

7

作者 李建 孙贵青 +1 位作者 张春华 韩庆邦 《应用声学》 CSCD 北大核心 2012年第4期249-255,共7页

介绍一种利用水声信道的统计不变特征(波导不变量)实现被动测距的方法。对接收LOFAR(Low FrequencyAnalysis Record)图使用HOUGH变换等边缘提取技术提取条纹,得到波导不变量以及抛物线参数的估计值,进而得到目标的CPA(Closest Point of ... 介绍一种利用水声信道的统计不变特征(波导不变量)实现被动测距的方法。对接收LOFAR(Low FrequencyAnalysis Record)图使用HOUGH变换等边缘提取技术提取条纹,得到波导不变量以及抛物线参数的估计值,进而得到目标的CPA(Closest Point of Approach)点距离。矢量水听器的振速通道数据所得LOFAR图信噪比明显高于声压LOFAR图,可以提高测距精度。仿真和试验数据结果显示本方法能以较高的精度提取CPA点距离。对比波导不变量经验值和在线估计值所得最近点距离结果,发现使用具有一定精度的在线估计波导不变量值可以显著提高测距精度。 展开更多

关键词 LOFAR图 矢量阵 波导不变量 最近点距离

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波导不变量误差对频域β-warping变换及浅海被动测距的影响 被引量：1

8

作者 郭良浩 王冬 刘建军 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第5期597-606,共10页

频域β-warping变换可将接收信号自相关函数中简正波互相关部分,变为时域上时延随声源距离线性增大的脉冲序列。对信号自相关函数进行β-warping变换需要已知波导不变量值。但是,在实际应用中,很难获得波导不变量的准确值。研究表明,在... 频域β-warping变换可将接收信号自相关函数中简正波互相关部分,变为时域上时延随声源距离线性增大的脉冲序列。对信号自相关函数进行β-warping变换需要已知波导不变量值。但是,在实际应用中,很难获得波导不变量的准确值。研究表明,在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,如果估计得到的波导不变量为其真实值的q倍,那么频域β-warping变换后得到的脉冲时延也会变为波导不变量取真实值时的q倍。进一步研究表明,在水平不变浅海波导中采用频域β-warping变换进行被动测距时,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果仍与真实距离符合得较好。 展开更多

关键词 波导不变量 warping变换 被动测距

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广义波导不变量

9

作者 高大治 康德祥 +2 位作者 宋文华 李小雷 李玉征 《声学技术》 CSCD 北大核心 2022年第3期403-411,共9页

海洋波导中声场在空间-频率域形成明暗相间的干涉条纹,Chuprov根据距离-频率(r-ω)域干涉条纹定义了波导不变量。一直以来,科研工作者探讨波导不变量定义式均未考虑声源-接收器方位角对波导不变量β值的影响,传统的声场干涉研究也忽略... 海洋波导中声场在空间-频率域形成明暗相间的干涉条纹,Chuprov根据距离-频率(r-ω)域干涉条纹定义了波导不变量。一直以来,科研工作者探讨波导不变量定义式均未考虑声源-接收器方位角对波导不变量β值的影响,传统的声场干涉研究也忽略方位角变化对干涉条纹的影响。通过实验和仿真发现,对于我国近海大陆架常见的水平缓变楔形波导,方位角变化对干涉条纹的影响显著,因此将Chuprov给出的仅考虑传播距离变化对干涉条纹影响的波导不变量定义式推广为同时考虑方位角变化对干涉条纹影响的波导不变量定义式,并将之称为广义波导不变量。通过理论推导、数值仿真及海上实验数据分析发现,在水平缓变楔形波导环境下,传统波导不变量定义式无法解释干涉现象时,广义波导不变量可很好地解释数值仿真及海上实验声场干涉现象。 展开更多

关键词 水平缓变楔形波导 绝热近似 方位角 波导不变量

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波导不变量及双阵(元)被动测距方法研究 被引量：8

10

作者 余赟 惠俊英 +1 位作者 赵安邦 林芳 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期274-280,共7页

海试验证了低频连续谱声场确实存在稳定可观察的干涉结构,结合波导不变量的概念推导了低频连续谱干涉条纹方程,干涉条纹为一族类双曲线。采用Hough变换对LOFAR图和瀑布图进行了图像处理,实现了目标航向角φ、波导不变量β、r0/v(r0为目... 海试验证了低频连续谱声场确实存在稳定可观察的干涉结构,结合波导不变量的概念推导了低频连续谱干涉条纹方程,干涉条纹为一族类双曲线。采用Hough变换对LOFAR图和瀑布图进行了图像处理,实现了目标航向角φ、波导不变量β、r0/v(r0为目标最近通过距离,v为目标航行速度)等参数的估计;进而,基于双阵元模型,理论推导了4种被动测距算法。仿真研究表明:在航向角小于10°时,须采用算法1;航向角大于10°时,应采用后3种测距算法,并且测距精度基本随航向角增大而增高,相对测距误差均小于10%. 展开更多

关键词 声学 被动测距 干涉结构 波导不变量 HOUGH变换

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波导不变量和航向角联合估计方法研究 被引量：2

11

作者 王炳辉 余赟 《声学技术》 CSCD 2012年第6期559-565,共7页

波导不变量是一个与环境特性和传播特性有关的物理量,对其准确估计有重要意义。结合LOFAR图和方位-时间历程图,提出了利用Hough变换进行波导不变量和目标航向角联合估计算法,该算法无需知道运动目标的距离信息,不要求目标有最近通过距... 波导不变量是一个与环境特性和传播特性有关的物理量,对其准确估计有重要意义。结合LOFAR图和方位-时间历程图,提出了利用Hough变换进行波导不变量和目标航向角联合估计算法,该算法无需知道运动目标的距离信息,不要求目标有最近通过距离。提出了综合Hough变换参数估计算法,较提取单条纹参数估计算法有更好的稳健性,但增加了计算开销。仿真研究和海试数据分析均验证了算法的可行性,并表明该参数估计算法有较高的估计精度。 展开更多

关键词 低频声场干涉结构 波导不变量 参数估计 HOUGH变换

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基于直线检测算法的矢量波导不变量估计 被引量：1

12

作者 莫世奇 王博 李韬哲 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1748-1757,共10页

针对由于复杂海洋环境会对声场干涉条纹结构产生影响,导致常用的空间变换类算法无法良好地提取干涉条纹的问题。本文基于典型浅海环境声场,提出利用直线检测算法提取矢量声场的干涉条纹,并以此进行波导不变量的估计。将声压谱和水平振... 针对由于复杂海洋环境会对声场干涉条纹结构产生影响,导致常用的空间变换类算法无法良好地提取干涉条纹的问题。本文基于典型浅海环境声场,提出利用直线检测算法提取矢量声场的干涉条纹,并以此进行波导不变量的估计。将声压谱和水平振速谱融合来增强其中的干涉条纹部分,以便后续在不同环境参数下均可提取到清晰的条纹,再利用统计量的方式进行波导不变量数值估计。仿真分析表明:即使在较复杂的浅海负跃层波导环境下,利用直线检测算法依然能够检测到较为完整的干涉条纹,并能够估计出精度较高的波导不变量值。 展开更多

关键词 声场干涉结构 HOUGH变换 RADON变换 干涉条纹 波导不变量 声压谱 水平振速谱 直线检测

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一种波导不变量的被动定位方法 被引量：1

13

作者 黄冠钦 杨坤德 《鱼雷技术》 2013年第4期268-271,共4页

波导不变量β是用来刻画由于不同简正波间相互干涉形成声场强度在距离-频率的干涉条纹图案的一个标量。通过β定义式可以利用干涉条纹图案斜率、频率来实现目标被动定位。基于此,本文提出了一种利用Sobel锐化算子来进行图案边缘检测得... 波导不变量β是用来刻画由于不同简正波间相互干涉形成声场强度在距离-频率的干涉条纹图案的一个标量。通过β定义式可以利用干涉条纹图案斜率、频率来实现目标被动定位。基于此,本文提出了一种利用Sobel锐化算子来进行图案边缘检测得到干涉条纹图案斜率的方法:分割图案,确保各个小窗口中条纹斜率基本相同,利用Sobel锐化算子进行边缘检测得到斜率,再利用β定义式估计距离,最后综合各个小窗口的估计即可得到更加稳健的距离估计。通过对干涉条纹图案斜率进行计算可以实现目标的被动定位。计算机仿真得出距离估计良好,最大误差在10%以内。湖上试验也验证了采用该方法获得的目标距离估计最大误差在25 m以内,表明该方法简单、有效,具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 波导不变量 干涉条纹 Sobel锐化算子

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基于波导不变量的双阵元被动探测方法研究

14

作者 唐凯 周德富 +4 位作者 韩庆邦 李建 范洪辉 殷澄 朱昌平 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第2期139-142,共4页

利用一种水声信道统计不变特征(波导不变量)实现被动探测。采用双阵元,分别对每一个阵元接收的宽带噪声信号进行LOFAR分析,对LOFAR图利用Hough变换等图像处理方法进行参数估计,得到波导不变量和曲线(文中讨论抛物线)参数估计值,进而运... 利用一种水声信道统计不变特征(波导不变量)实现被动探测。采用双阵元,分别对每一个阵元接收的宽带噪声信号进行LOFAR分析,对LOFAR图利用Hough变换等图像处理方法进行参数估计,得到波导不变量和曲线(文中讨论抛物线)参数估计值,进而运用几何关系估计出运动目标的航向角、速度和距离信息。利用Matlab仿真验证了该方法的正确性。 展开更多

关键词 被动探测 波导不变量 参数估计 声学工具箱

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利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量

15

作者 姚远 孙超 +1 位作者 刘雄厚 李明杨 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期612-620,共9页

针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在... 针对低信噪比时难以利用低频分析记录谱中宽带连续谱条纹状干涉图样提取波导不变量的问题,提出了一种利用线谱声强干涉起伏相关系数估计波导不变量方法。该方法根据参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换的线谱声强干涉起伏之间存在的正比关系包含波导不变量这一事实,构造线谱声强干涉起伏相关系数以实现波导不变量估计。讨论在声源相对水听器径向和非径向2种运动模型下,将原始采样时刻代换为新的采样时刻,得到重采样后的线谱声强干涉起伏;利用相关系数表示重采样后的参考线谱声强干涉起伏与经过尺度伸缩变换后的线谱声强干涉起伏之间的相似程度,得到不同波导不变量搜索值下的相关系数,其峰值对应的搜索结果就是波导不变量真值。仿真实验和实测数据处理结果表明,所提方法能有效实现波导不变量估计。 展开更多

关键词 线谱声强 干涉起伏 相关系数 波导不变量

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利用Hough变换提取波导不变量 被引量：12

16

作者 田玲爱 刘福臣 周士弘 《声学与电子工程》 2009年第4期22-24,共3页

针对浅海声场频率-距离干涉结构特性,利用Hough变换图像处理技术提取能反映干涉结构特性的波导不变量,该算法把频率-距离上的干涉条纹变换到参数空间的对应点,利用一段时间内的接收信号,在低信噪比下也能提取出干涉条纹的斜率。将实际... 针对浅海声场频率-距离干涉结构特性,利用Hough变换图像处理技术提取能反映干涉结构特性的波导不变量,该算法把频率-距离上的干涉条纹变换到参数空间的对应点,利用一段时间内的接收信号,在低信噪比下也能提取出干涉条纹的斜率。将实际海试数据分析结果与理论计算结果做比较,结果吻合。 展开更多

关键词 声场干涉结构 波导不变量 HOUGH变换

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基于波导不变性的水平阵列测距研究 被引量：1

17

作者 徐国军 笪良龙 李玉阳 《舰船科学技术》 北大核心 2015年第10期81-84,共4页

基于波导不变性理论,利用水平线列阵,提出一种新的水下目标声源距离估计算法。该方法相比于匹配场定位而言,具有较好的环境宽容性。文中通过引导声源和阵列信息这2种模式实现目标声源的距离估计。该算法不需要确知海洋环境的具体参数以... 基于波导不变性理论,利用水平线列阵,提出一种新的水下目标声源距离估计算法。该方法相比于匹配场定位而言,具有较好的环境宽容性。文中通过引导声源和阵列信息这2种模式实现目标声源的距离估计。该算法不需要确知海洋环境的具体参数以及声场传播模型,通过一个已知距离的引导声源或者利用阵列信息,实现目标声源距离估计。计算机仿真结果表明,2种模式都能很好地实现目标声源估距,且估计误差较小,可为水下目标声源定位提供一种新途径。 展开更多

关键词 波导不变量 简正波模型 水平阵列 目标测距

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一种基于阵列不变量的浅海声源深度分类方法 被引量：2

18

作者 于喜凤 李辉 +1 位作者 徐哲臻 杨坤德 《声学技术》 CSCD 北大核心 2021年第5期601-606,共6页

浅海负跃层环境下波导不变量可以用于声源深度分类,但是当声源相对于接收阵无径向距离变化时,波导不变量值难以估计。针对距离已知且相对于接收阵无径向距离变化的声源,提出一种基于阵列不变量的声源深度分类方法,可适用于浅海负跃层环... 浅海负跃层环境下波导不变量可以用于声源深度分类,但是当声源相对于接收阵无径向距离变化时,波导不变量值难以估计。针对距离已知且相对于接收阵无径向距离变化的声源,提出一种基于阵列不变量的声源深度分类方法,可适用于浅海负跃层环境。所提方法利用阵列不变量估计波导不变量,进而实现声源深度分类。计算机仿真结果表明,当垂直阵位于负跃层以下且声源距离已知时,利用阵列不变量估计出的波导不变量随声源深度的变化明显,可用于目标深度分类。 展开更多

关键词 阵列不变量 声源深度分类 波导不变量

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基于波导不变性的运动目标威胁分析 被引量：2

19

作者 曾武 吴旭 周胜增 《声学与电子工程》 2018年第4期21-23,共3页

针对被动声呐对运动目标威胁分析的实际需求,基于波导不变性提出将目标接近时间作为威胁分析的特征量。同时为提高特征提取的质量,通过对跟踪目标的LOFAR图进行多频带划分,分别进行Radon变换并提取条纹斜率,最后采用中值滤波方法获取高... 针对被动声呐对运动目标威胁分析的实际需求,基于波导不变性提出将目标接近时间作为威胁分析的特征量。同时为提高特征提取的质量,通过对跟踪目标的LOFAR图进行多频带划分,分别进行Radon变换并提取条纹斜率,最后采用中值滤波方法获取高质量特征。实际数据处理研究结果表明:当波束输出信噪比达到3 dB以上时,所提方法能够有效提取目标的接近时间,为被动声呐的目标威胁分析提供重要参考。 展开更多

关键词 波导不变量 被动声呐 威胁分析

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基于基阵不变量理论的水平阵被动估距方法研究 被引量：1

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作者 祝献 《声学与电子工程》 2011年第4期14-17,共4页

针对浅海水平阵测距问题,研究了一种基于浅海基阵不变量理论的瞬态声源估距方法,该方法利用了基阵常规波束形成后的被动波束-时间强度数据偏移不变性原理,相比于波导不变量的方法,它具有不需要多模态干涉和波导环境先验知识的优点。仿... 针对浅海水平阵测距问题,研究了一种基于浅海基阵不变量理论的瞬态声源估距方法,该方法利用了基阵常规波束形成后的被动波束-时间强度数据偏移不变性原理,相比于波导不变量的方法,它具有不需要多模态干涉和波导环境先验知识的优点。仿真和试验数据分析结果表明,所提方法在不需要波导环境参数信息的条件下就可实现对脉冲声源的准确定位。 展开更多

关键词 基阵不变量 波导不变量 被动估距

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