基于BELLHOP模型的水下多目标跟踪算法研究 被引量：2

1

作者 高阗琦 陈虹宇 +1 位作者 张峻铭 李可非 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第2期248-255,共8页

针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density,UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BEL... 针对高频主动声呐的深海多目标跟踪问题,提出了基于BELLHOP模型的无迹卡尔曼滤波-高斯混合概率假设密度(Unscentesd Kalman Filter-Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density,UKF-GM-PHD)水下多目标跟踪算法。该算法首先利用BELLHOP射线声学模型,计算出本征声线、目标信号的幅度、相位及时延信息,以此构造目标回波信号并叠加高斯白噪声。然后,由回波信号计算得到目标相对于观测站的距离、方位角和俯仰角信息,作为目标跟踪系统中的量测信息。最后利用提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法,实现高频主动声呐非线性系统的多目标跟踪。仿真结果表明,在深海高频主动声呐条件下,文章提出的UKF-GM-PHD多目标跟踪算法较传统高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density,GM-PHD)方法,明显降低了目标丢失率,并且最优子模式指派统计量(Optimal Sub-Patter Assignment,OSPA)距离也更小,跟踪效果更好。 展开更多

关键词 bellhop模型 目标回波信号 高斯混合概率假设密度 无迹卡尔曼滤波

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基于Logistic回归模型的潜艇隐蔽性预测研究

2

作者 吴穹 巩在武 +2 位作者 洪梅 韩佳 丁亚梅 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第14期103-111,共9页

隐蔽是潜艇作战的最大优势。对作战海域潜艇隐蔽性的仿真及预测是其航行的依据和准则。本文假设某海域不同位置各有一艘潜艇和主动声呐舰艇,二者先“十”字航线机动,再“Z”字航线机动。收集该海域大量海洋环境数据,采用Bellhop模型计... 隐蔽是潜艇作战的最大优势。对作战海域潜艇隐蔽性的仿真及预测是其航行的依据和准则。本文假设某海域不同位置各有一艘潜艇和主动声呐舰艇,二者先“十”字航线机动,再“Z”字航线机动。收集该海域大量海洋环境数据,采用Bellhop模型计算出舰艇主动声呐的信号余量,进而推算潜艇隐蔽等级作为参考值。引入有序多分类Logistic模型学习“十”字机动航线上的数据,再预测“Z”字机动航线上的潜艇隐蔽性等级。结果表明:Logistic模型计算速度较Bellhop模型快70多倍。在模型训练中,多个变量显著,模型能够很好的拟合训练数据。引入多分类评价指标,模型预测准确率达到0.801,精确率0.871,召回率0.788,F_(1)指标0.827。Logistic模型对潜艇隐蔽性预测快速可靠,可为作战中潜艇隐蔽性提供辅助作用。 展开更多

关键词 潜艇 隐蔽性 bellhop模型 机器学习 快速预测

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基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究 被引量：1

3

作者 罗宇 王浩 +3 位作者 辛明真 程梦迪 张世照 亓家宝 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2024年第1期26-30,共5页

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一... 为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明:在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。 展开更多

关键词 水声定位 bellhop模型 时延测距 抗多径 宽带扩频

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海洋混合层结构对表面声道中声传播特性的影响分析 被引量：11

4

作者 张旭 张永刚 +1 位作者 张健雪 董楠 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期79-89,共11页

利用WOA05气候态数据集和北黄海调查数据,应用BELLHOP高斯束射线模型分析了我国近海及西太平洋典型海区的混合层结构对表面声道中声传播特性的影响,结果表明:我国近海的混合层结构有显著的区域性和季节性变化;深海中主要表现为混合层深... 利用WOA05气候态数据集和北黄海调查数据,应用BELLHOP高斯束射线模型分析了我国近海及西太平洋典型海区的混合层结构对表面声道中声传播特性的影响,结果表明:我国近海的混合层结构有显著的区域性和季节性变化;深海中主要表现为混合层深度变化,这种变化直接影响表面声道的空间分布,声波在混合层中的表面声道中传播与在混合层外的影区中传播产生的能量场差异较大;浅海中混合层深度与声速梯度的空间变化都很明显,声速梯度的增大和混合层的加深都能使更多声线以反转的形式传播,使表面声道声场增强。两组海上实验数据表明,在真实海洋中混合层可在短时间内出现生消变化或在局部海域出现非均匀分布。在浅海温跃层环境下,海-气边界特定的物理过程能够使混合层发生间歇性的变化,当表面声道出现时近表层声场明显增强。 展开更多

关键词 混合层 声速剖面 表面声道 声传播 bellhop模型

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深海声速剖面结构变化对会聚区偏移特性的影响分析 被引量：10

5

作者 庄益夫 张旭 刘艳 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期45-52,共8页

应用分层声速剖面模型(LSSPM)和BELLHOP高斯束声场计算模型,对深海声速剖面结构变化引起的会聚区偏移特性进行了分析。结果表明,声速值的整体变化对会聚区影响很小,而混合层、主跃层、深海等温层及声道轴的变化都会使会聚区位置出现不... 应用分层声速剖面模型(LSSPM)和BELLHOP高斯束声场计算模型,对深海声速剖面结构变化引起的会聚区偏移特性进行了分析。结果表明,声速值的整体变化对会聚区影响很小,而混合层、主跃层、深海等温层及声道轴的变化都会使会聚区位置出现不同程度的偏移。主跃层是上层海洋变化的主要体现,混合层变化对会聚区的影响也是通过改变主跃层的形态结构实现的,跃层强度的增大使会聚区向远离声源方向偏移。深海等温层的声速变化体现了深海水团的结构差异,与主跃层引起的会聚区偏移呈反相变化。声道轴附近的声速变化体现了不同类型中层水团侵入和混合的影响,所引起的会聚区偏移反映了声道轴上层与下层梯度变化的综合效应,声速最小值的增加使会聚区向远离声源方向偏移。 展开更多

关键词 声速剖面 会聚区 分层声速剖面模型(LSSPM) bellhop模型

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白令海西部小区域声传播特征研究 被引量：4

6

作者 高飞 张新睿 +3 位作者 孙磊 潘长明 李胜全 李佳讯 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第4期306-311,共6页

白令海是连接太平洋、北冰洋唯一要道,经济、军事地位极其重要。利用中国第5次北极科学考察CTD（Conductivity,Temperature,Depth）数据,在分析白令海西部小区域水文环境基础上,结合大陆坡地形,利用UMPE（University of Miami Parabolic... 白令海是连接太平洋、北冰洋唯一要道,经济、军事地位极其重要。利用中国第5次北极科学考察CTD（Conductivity,Temperature,Depth）数据,在分析白令海西部小区域水文环境基础上,结合大陆坡地形,利用UMPE（University of Miami Parabolic Equation）抛物方程模型模拟声传播特征,并利用Bellhop射线声学模型分析其形成的物理机制。陆坡区域受流混合影响,50~350 m形成低温、低盐水团。声波沿陆坡向深海传播时,声能向500 m以上汇聚,次表层50 m左右形成声道,深层为声影区;声波沿陆坡向浅海传播时,50 m左右出现声道,深层传播损失较大,无声影区;＂斜坡增强效应＂使得声源置于浅水海域时,50 m声道强度大于声源置于深水海域。 展开更多

关键词 白令海 声传播特征 UMPE模型 bellhop模型 陆坡流

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对马海流温盐锋的时空变化特征及其附近声场的初步分析 被引量：2

7

作者 刘建斌 张永刚 张旭 《应用海洋学学报》 CSCD 北大核心 2015年第4期476-483,共8页

通过对WOA13数据库季节平均数据的分析依次得到锋区内0~1 000 m各层锋轴线的位置,对马海流锋轴线位置由表层的40°N附近随深度增加逐渐南移到39°N附近且位置的季节摆动幅度增大.利用绝对梯度方法对温度锋强度与盐度锋强度的水... 通过对WOA13数据库季节平均数据的分析依次得到锋区内0~1 000 m各层锋轴线的位置,对马海流锋轴线位置由表层的40°N附近随深度增加逐渐南移到39°N附近且位置的季节摆动幅度增大.利用绝对梯度方法对温度锋强度与盐度锋强度的水平分布及垂直变化进行了分析;对比了四季锋强度的差异以及差异比率,得到了不同深度不同季节锋强度强弱分布的规律.对比声速穿过锋线时的差异认为表面声速从南到北逐渐减小,锋轴线南北两侧声速差异主要集中在150 m以内,且随深度增加声速差异减小.此外,还运用BELLHOP模型对锋区内700 m以浅的声道特点以及声传播损失进行了简单分析. 展开更多

关键词 物理海洋学 对马海流锋 WOA13数据库 锋轴线强度 bellhop模型

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浅海混响背景下吊放声呐主动方式探潜研究 被引量：2

8

作者 周利辉 孙明太 赵志允 《舰船科学技术》 北大核心 2013年第12期55-59,共5页

浅海混响估算是研究吊放声呐主动方式搜潜作战使用的关键环节。首先分析声能声呐方程各项的定义,研究最大允许传播损失的计算方法;然后采用Bellhop模型计算吊放声呐与海底散射元之间的传播问题,依据Jackson模型推导海底反向散射强度的... 浅海混响估算是研究吊放声呐主动方式搜潜作战使用的关键环节。首先分析声能声呐方程各项的定义,研究最大允许传播损失的计算方法;然后采用Bellhop模型计算吊放声呐与海底散射元之间的传播问题,依据Jackson模型推导海底反向散射强度的计算方法。结合海底散射面积的估算与吊放声呐主动工作满足小掠射角的特点,对负梯度和负跃层声速梯度下的浅海混响进行仿真和分析;结合信号余量的估算,研究2种典型声场条件下工作深度对浅海混响和吊放声呐探潜的影响,并提出相应的吊放声呐工作深度的选择方法。 展开更多

关键词 吊放声呐 声能声呐方程 浅海混响 海底散射 bellhop模型 Jackson模型

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湾流锋强度空间变化及季节变化特征研究 被引量：1

9

作者 刘建斌 张永刚 张旭 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期560-567,共8页

基于WOA13数据可以较好的表现海洋锋强度的变化特征这一特点,选用分辨率为1/4°的1955-2012年58年季节平均数据分析了湾流锋轴线上温度、盐度绝对梯度的空间分布特征、季节的变化的强弱规律、温、盐关系,并运用BELLHOP模型对锋区声... 基于WOA13数据可以较好的表现海洋锋强度的变化特征这一特点,选用分辨率为1/4°的1955-2012年58年季节平均数据分析了湾流锋轴线上温度、盐度绝对梯度的空间分布特征、季节的变化的强弱规律、温、盐关系,并运用BELLHOP模型对锋区声场特点进行了分析。分析表明湾流锋轴线水平位置及其强度随着深度变化比较明显,在锋轴线上温、盐强度的正相关性显著,锋区内声道的形成与季节以及声源深度关系密切。 展开更多

关键词 湾流锋 季节变化 WOA13 bellhop模型

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几种沉积层参数对声线到达结构的影响 被引量：4

10

作者 张忠兵 马远良 +1 位作者 童立 倪晋平 《声学技术》 CSCD 2001年第4期154-156,161,共4页

本文基于Bellhop声线模型研究了沉积层密度、声速、传播损失系数等几种主要参数对声线到达结构的影响。采用反射系数描述声线与沉积层的相互作用 ,仿真研究了声线到达结构随沉积层参数变化的关系 ,结果表明 :在水中的声速剖面先验已知... 本文基于Bellhop声线模型研究了沉积层密度、声速、传播损失系数等几种主要参数对声线到达结构的影响。采用反射系数描述声线与沉积层的相互作用 ,仿真研究了声线到达结构随沉积层参数变化的关系 ,结果表明 :在水中的声速剖面先验已知的条件下 ,几种主要沉积层参数值在一定范围内改变时 ,对声线到达结构的影响较小。 展开更多

关键词 声线到达结构 沉积层参数 bellhop声线模型 海洋声场 密度 声速

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台湾海峡近海水声信道传递函数仿真研究 被引量：5

11

作者 陶毅 许肖梅 陈东升 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第16期3639-3642,共4页

水声信道传递函数特性对水声通信系统的性能有着重要的影响。采用美国海军GDEM(generalized digital environmental model)中全球气候态月平均声速数据,基于BELLHOP射线传播模型,对台湾海峡近海北、中、南部三个站点在不同季节的声速剖... 水声信道传递函数特性对水声通信系统的性能有着重要的影响。采用美国海军GDEM(generalized digital environmental model)中全球气候态月平均声速数据,基于BELLHOP射线传播模型,对台湾海峡近海北、中、南部三个站点在不同季节的声速剖面下的传递函数进行了仿真研究。仿真结果表明,台湾海峡近海浅海声信道的传递函数为锯齿状,间断出现子通带。平均子通带宽度与声速剖面和海水的深度的变化密切相关。 展开更多

关键词 水声信道 传递函数 bellhop射线模型 仿真

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基于WOSS的NS-Miracle水声信道模拟方法扩展 被引量：2

12

作者 李莉 路晨贺 +2 位作者 王桐 谷传欣 梁洪全 《声学技术》 CSCD 北大核心 2021年第1期21-28,共8页

将世界海洋仿真系统(World Ocean Simulation System,WOSS)与声射线模型Bellhop结合并引入海洋噪声经验公式对NS-Miracle仿真系统的水声传输信道模拟方法进行扩展。为了验证扩展后的仿真系统,实验采用了基于水声信道特征经验模型、Bell... 将世界海洋仿真系统(World Ocean Simulation System,WOSS)与声射线模型Bellhop结合并引入海洋噪声经验公式对NS-Miracle仿真系统的水声传输信道模拟方法进行扩展。为了验证扩展后的仿真系统,实验采用了基于水声信道特征经验模型、Bellhop射线模型及WOSS结合Bellhop射线模型的3种仿真方法对5个节点集中式拓扑结构的水下传感器网络进行了计算机仿真。结果表明,在相同的网络环境中,利用Bellhop信道仿真模型的两组实验的平均吞吐量、平均延时非常接近,而利用经验信道模型的第一组仿真得到的平均吞吐量和延时与后两组数据的差别稍大,三者的平均误包率非常接近。同时实验仿真了3个不同海域相同结构水下传感器网络的运行情况,分析引入WOSS后对仿真结果的影响。结果显示:在不同海域引入WOSS的系统仿真结果比未引入WOSS的系统仿真结果更具有实时动态性,扩展后的NS2/NS-Miracle仿真系统能够更准确地模拟实际水声网络的相关特性。另外,实验还利用扩展后的系统对ALOHA-CS、CSMA/CA和DACAP三种MAC协议进行了仿真和分析,结果显示,CSMA/CA协议相较于其他两种协议更适合集中式结构的水下传感器网络。 展开更多

关键词 水声传感器网络信道 网络仿真器 NS-Miracle仿真系统 世界海洋仿真系统(WOSS) bellhop声射线模型

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