空间交叉阵被动声定位算法及其性能分析

线性声阵被动目标定位方法无法准确确定方向,而平面十字交叉声阵被动目标定位虽然可以基本确定目标的方位角和俯仰角,但定位精度较低,而且当目标的俯仰角较大时,误差越来越大。研究了空间七元交叉阵的目标被动声定位算法及其性能。分别就目标测向和测距的精度进行了理论分析和计算,讨论了阵列尺寸和时延估计等诸因素对空间七元阵定位性能的影响,而且提出了简化的空间五元声阵定位方法。实验结果显示提高了俯仰角的定位精度,尤其在大俯仰角情况下的方向定位更精确。对空中和水下的运动目标被动声定位的实际工程应用有重要的参考意义。     

空中炸点被动声三基阵定位系统误差仿真

被动声定位技术是空中炸点探测的一种有效手段。采用三个立体五元阵构建了被动声定位系统,使用各个基阵的方向线异面交会并取三角形重心作为目标位置结果,对立体五元基阵的定向性能和三基阵定位系统的定位性能进行了误差仿真。仿真结果表明立体五元阵和正三角形构型三基阵定位系统都具备全向的定位性能。三基阵定位系统定距精度高,定向精度比单基阵稍高,可用于空中炸点的定向和定距。     

利用相位变化率对运动辐射源无源定位的研究

无源被动定位技术中的一个重要问题，是如何使定位的约束条件尽可能地少，即尽可能地提高方法的可操作性。只利用测角信息的定位方法，在（单观测平台）对运动目标定位时常常需要观测平台做特殊的机动运动，这种约束使得只利用测角信息的定位方法适用性较差。如果将观测平台获得的相位变化率信息用于定位，则可以减少定位方法的约束条件，为无源被动定位技术的实际应用带来方便。提出一种利用相位变化率信息对运动目标进行定位的定位方法，并给出了可观测性分析。     

基于TOA和TDOA的三维无源目标定位方法

提出了一种基于到达时间(time of arrival, TOA)和到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。     

基于外辐射源信号的时差定位系统定位精度分析

利用调频广播、电视等外辐射源信号对目标进行无源定位和跟踪是空中目标监视与探测领域的一个重要发展方向,而确定有效的定位方法是系统实现的一个关键技术难题。叙述了基于外辐射源信号目标探测系统利用时差和方向信息实现对目标单点定位的基本原理,详细分析了对于地面固定接收站和空中运动观测平台两种场景下的目标定位精度。并计算分析了对于基于调频广播信号和基于电视信号两种目标探测系统测时差精度和位置精度对目标定位精度的影响。研究结果对定位系统的设计和工程实现具有重要的参考价值。     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

空基双探测端分布式定位系统的航迹控制

针对空中运动目标参数的实时解算和定位精度问题,基于运动多站无源定位技术,设计了空基分布式定位系统,利用测向交叉定位原理建立了双机协同被动定位模型。模型中完成信息保障任务战斗机的存在使得目标定位误差迅速最小化。通过动态规划法进行双机航迹控制算法设计。使用带有线性策略的共轭梯度法解算信息保障机的最优航迹。仿真表明,该控制算法可以得到信息保障机的最优航迹,双探测端分布式定位系统通过航迹优化,实现了对目标的快速高精度定位。     

水声传感器网络目标协同定位方法研究

水下传感器网络为水下目标的被动定位提供了新的思路,结合水下声信道的传输特性,研究了基于水下分布式传感器网络目标DOA值估计的最大似然被动定位算法.比较了最大似然定位算法在矩形和菱形网络拓扑结构中不同的定位精度,分析了目标不同声源级及网络规模对定位精度的影响,并与线性和非线性最小二乘定位算法的结果进行了对比,其定位精度优于两者.仿真结果验证了定位算法的有效性,所得结论为水下传感器网络进行目标被动定位提供了参考.     

聚焦波束形成声图近场被动定位技术仿真研究

介绍了一种近场高精度被动定位方法——聚焦波束形成声图定位。针对全方位扫描声图定位计算量大的问题,提出了先利用中阵测向再对测得方位附近小角度进行扫描的方法,可有效减少计算量;针对单一频段存在声干涉现象提出了分频段融合的方法,可有效抑制因阵形产生的声干涉,降低声图旁瓣;为了克服多途干涉对声图质量的影响,分别采用了虚拟时间反转镜和虚阵抗多途测量技术,均能很好地抑制多途。以水平线阵为模型的仿真结果表明,聚焦波束形成技术能够实现被动目标的近场高精度定位。     

一种小舵角旋回水下目标的被动检测方法

在复杂水声条件下,针对采用典型运动样式的水下目标的被动检测难题,研究了一种自适应随机Hough变换检测前跟踪方法对水下旋回运动目标进行检测。首先,根据水下目标旋回运动特点,推导了小舵角旋回运动方程。其次,通过构建自适应关联声纳浮标检测组,采用三浮标最小方差交叉定位技术,完成了浮标声纳覆盖阵量测信号预处理。然后,针对水下目标旋回运动的不同阶段,提出了自适应随机Hough变换检测方法,得到了初始检测航迹。最后,通过对初始检测航迹进行点迹优化,实现了水下目标检测。仿真结果表明,在小测角误差、复杂水声及低信噪比条件下,该方法的平均检测概率达到60%以上,整体性能优于现有权威检测方法水平。     

基于信息融合的目标管理与被动定位方法

提出了一种基于信息融合的目标管理与被动定位技术的总体思路与实现方法。以坦克分队对目标的管理和被动定位需求为应用背景,首先利用战场图像信息提取目标种类、位置和姿态特征,并依次通过对目标3类特征的对比判定,解决了被动定位前对不同坦克瞄准镜视场中目标是否为同一目标的判定问题,实现了对敌方目标的全局统一编号与动态管理;其次利用坦克自身位置和测得的目标方位、俯仰等角度信息,推导了目标位置坐标的计算公式,分析了计算误差的主要影响因素;最后利用坦克分队网络化协同作战的优势,提出了一种以目标位置估计误差最小为约束条件的目标被动定位系统误差融合估计与补偿算法,显著提高了目标被动定位的精度,并通过仿真和野外实验,验证了所提方法的有效性。     

巡航导弹的被动声检测与分类技术

给出了一种基于被动声信号处理技术的巡航导弹被动声检测与分类技术。在检测目标时 ,综合利用目标声信号与环境信号的能量、过零率及线谱对频率的变化量构成多边界判决函数 ,在分类时提取Mel倒谱特征参数 ,利用隐马尔可夫模型进行分类。通过对实际的 4类目标噪声信号进行检测和分类实验 ,结果令人满意 ,证明了该方法的优越性和工程应用前景。     

基于合作目标的外辐射源雷达发射站直接定位

外辐射源雷达利用已知位置信息的第三方发射站发射的信号作为照射源,对运动目标进行探测定位。但在实际应用中,发射站精确位置信息往往难以预先获取,给外辐射源雷达在未知环境中的快速应用带来困难。为了解决该问题,将已知轨迹的无人机作为合作目标。利用实时获取的无人机位置信息,建立了发射站位置未知时的目标直接定位模型。并进一步构建了基于目标位置的代价函数,从而实现对发射站位置的精确估计。该方法不仅可以克服常用两步定位算法中存在信息损失的不足,可达到更高的定位精度,而且利用了外辐射源雷达直达波信号,较传统直接定位方法性能更优。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。     

空中运动目标时变时延估计方法的仿真研究

时变时延估计是运动目标测向的关键技术，参数模型法是一类重要的时 延估计算法，其自适应形式可用于对时变时延的估计。本文分析选择了三种自适应的时延估计参数模型法，将其应用于实测的直升机噪声数据，进行了大量仿真试验，为有限阵列尺寸条件下空中运动目标的被动测向提供了有价值的参考数据和结论。     

基于协议同步水下传感器网络目标协同定位算法

为了解决水下目标的定位问题,讨论了一种基于水下传感器阵列网络的目标协同定位算法。该算法在实现水下节点同步的基础上,通过建立目标位置与距离差测量值的统计模型后依据最大似然准则完成目标定位。定位算法的实现采用分布-集中相结合的处理方法,在提高定位精度的同时大大节省了水下节点通信能耗。通过仿真实验验证了算法的有效性和可行性,实验结果表明该方法具有较好的同步及目标定位精度。

Abstract：

A collaborative target location algorithm for underwater acoustic sensor networks （UASN） was proposed. The algorithm was achieved based on time synchronization for high transmitting delay for UASN. Target location was estimated by maximum-likelihood methods based on proposed statistical model which was established by the relation between target position and measured range difference. The proposed algorithm adopts the distributed-centralized computation methods,which degrade the transmitting energy comparing with traditional centralized methods. The result of simulation shows the application validity and the more location performance of the algorithm.     

测向交叉定位系统的多目标测量数据关联

分析了被动定位系统的多目标测量数据关联问题 ,指出要完成多目标测量数据关联被动定位系统需要获得对目标的冗余测量信息 ,并在分析测量数据与目标真实位置的空间几何关系基础上 ,定义了测量数据关联度的概念 ,最后结合测向交叉定位算法提出了无需对目标进行假设定位的测量数据关联方法 ,并进行仿真 ,证明其为一种有效的关联算法。     

纯方位系统中的定位模糊区分析

研究了纯方位系统中的定位模糊区面积和无源传感器所测得的方位角大小之间的关系问题,该问题的研究对于实现无源传感器的合理布置提高定位精度具有一定的理论和借鉴意义。以往对此问题的研究是在目标到基线的距离等于常数的前提下给出的,在不受这个条件约束下以整个探测区域为背景进行了研究,并通过数学推导给出了模糊区面积达到最小时的交会角大小。通过仿真分析给出了模糊区面积与两个无源观测站所测得的方位角以及与交会角之间的关系,得出了相关的结论,从而可实现纯方位定位系统中多个无源传感器合理布置或优化选择。     

一种鲁棒的被动声目标识别方法

针对噪声环境下一些声目标识别技术性能严重下降的问题，提出了一种基于一阶补偿的径向基函数网络模型，并给出了该网络参数选择方法。实际应用表明，这种神经网络对噪声具有较强的鲁棒性，与传统的径向基函数网络相比，其识别性能等同于信噪比提高大约１０～１５ｄＢ。