近地炸点定位技术研究

火炮导弹等武器的精度越来越高,而与之相匹配的武器测试评估与训练系统明显滞后。针对传统的四元阵、五元阵定位精度较低,采用单基阵精确定向多基阵融合定位的原理,将小孔径基阵与无线传感网络技术结合,提出一种全天候、多环境适应性、实时性强的炮弹落炸点测量系统。介绍基于小孔径的单基阵定向部分,提出一种改进的立体五元阵,给出优化的定向算法和时延估计方法,详细分析定向误差。户外进行定位实验验证系统性能,实验结果表明,系统单基阵定向方位角小于0.52°,俯仰角小于1.33°,定向性能较好;多基阵对X、Y坐标的定位精度优于0.8 m,对Z坐标的定位精度优于1.5 m,定位精度满足工程需要。     

声被动三基阵定位算法应用

为了满足智能地雷系统在雷场状况下应用的技术要求,利用单阵列小基阵有一定的定向精度但定距精度不高的特点,用三基阵中的2个方位角信息及阵列间的几何关系得出3个目标定位子解。再对3个目标定位子解采用方差加权融合处理方法,得到最终其定位解和方差。实验结果表明,利用三基阵进行声被动定位,能明显弥补单基阵定距精度不高的缺点,并能消除双基阵定位的盲区。算法简单有效,可应用于智能雷弹系统中,以提高其定位精度。     

基于合作式照射源的双基地雷达的定位精度分析

根据双基地雷达对目标的空间定位,在极坐标系下,应用阵地标定信息0ε、β0和L及雷达测量信息εR、βR和Rs给出单基距离解算模型.分析了双基地雷达定位存在的误差源及相应的单基解算误差分布特性.针对高度8 000 m的典型目标,通过计算机仿真,对双基定位精度进行了综合分析,给出了误差分布图.根据仿真结果,在实际应用中,通过多部雷达坐标变换及加权融合,可以有效提高单基距离定位精度.     

多元声阵被动声定位研究

针对五元空间声传感器阵列被动声定位中存在着对目标声源位置估计偏差较大的问题,提出了一种七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型,通过数学推导与计算给出了定位公式.利用误差分析理论对比了两种阵列的定位性能,得出了定位偏差与目标声源的俯仰角,方位角和时间延迟量的关系.使用这2种声阵对100个假设目标声源位置点进行估计计算,通过计算机仿真得出了七元空间声阵具有较高定位性能.     

基于圆阵的被动式静电探测系统定位方法研究

研究被动式地面静电探测系统对空中静电目标的定位方法.在静电感应原理和圆阵定位理论分析的基础上,推导出了基于圆阵的被动式静电探测系统定位方程;并利用误差理论对该定位方程进行了误差分析及定位精度的计算机仿真,仿真计算的结果与误差理论分析一致.理论分析与仿真结果表明:采用平面圆阵的被动式静电探测系统可实现对空中目标较远距离的定位,且具有较高的定位精度.     

基于声探测的炸点坐标测量技术研究

采用小孔径立体五元阵探测弹丸爆炸声信号,提出一种基于到达时间差(TDOA)的单基阵精确定向、多基阵融合定位的炸点声定位系统。针对采集的爆炸声信号,对比互相关法及阈值法计算时延差时的定向误差;针对爆炸信号因超出传感器最大量程而被削去顶部的波形失真现象,提出一种基于多项式拟合的时延估算方法,给出算法流程图。采用总体最小二乘(TLS)算法进行多基阵定位,详细介绍了TLS算法的推导过程;并通过仿真分析对比了线阵列和环状阵列下的定位误差。通过进行多次户外定位试验,结果表明,该系统定位性能良好,在200 m×200 m范围内定位精度优于1.5 m,满足工程测量需求。     

一种新阵型改进超短基线定位精度方法

 超短基线是一种常用的水声定位技术,与其他基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于远距离误差发散快,超短基线作用距离短,所以其定位精度通常也不高。为了解决超短基线由于自身尺寸小而导致在远距离目标定位中定位精度差的问题,本文通过对传统4元正交阵进行阵型优化,提高了超短基线系统定位精度。相比已有的改进超短基线阵方法,该方法或减少了阵元数,或降低了发射端的制作难度。同时,针对新阵型定位算法,本文给出了相位补偿公式。仿真分析结果表明：新阵型在0°~360°内,目标定位精度比传统超短基线阵提高了近8倍,能够实现对远距离目标的高精度定位。     

基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法

为了克服基于四阶累积量的矢量水听器声源定位算法的计算复杂度高、运算量大以及定位精度不高等问题,提出一种基于四阶矩的单矢量水听器多声源定位算法.该算法利用信号四阶矩的性质,将单矢量水听器阵元数和声源数进行虚拟扩展,从而得到更多的多声源定位信息;通过提取有效阵元的方法减少了冗余,利用搜索峰值方法得到期望的多声源方位.理论分析和实验结果表明,该算法有效降低了计算量、提高了定位精度,克服了基于高阶累积量的矢量水听器定位算法的不足.     

无人潜航器舷侧阵声呐匹配场被动定位方法研究

为了使无人潜航器在复杂的浅海环境中具有对远程声源被动定位的能力,提出了一种将舷侧阵声呐与匹配场处理算法相结合的被动定位方法.该方法可用于无人潜航器定深低速直线巡航时定点数据采集的过程中.首先用匹配场算法处理在每个采样位置上收集到的舷侧阵数据,实现对远程声源的初步定位,然后融合处理所有采样位置上的匹配场定位输出．这样可以克服舷侧阵声呐空间增益低的缺点,降低海洋环境参数失配和舷侧阵位置误差的影响,稳定参数估计过程并提高输出信噪比,随着时间的推移逐渐估算出远程声源的三维坐标.仿真测试结果表明,该定位方法在不同的输入信噪比下具有较高的定位概率和定位精度,而且使用该方法的系统需求较低,便于实际应用.     

线阵推扫光学卫星外方位元素自检校方法

在深入分析线阵推扫光学卫星外方位元素误差对几何定位影响特性的基础上,利用俯仰角、滚动角误差引起几何定位误差的方向特性,提出了不依赖地面控制点的外方位元素自检校方法.采用仿真数据验证了方法的正确性,结果表明该方法能够补偿外方位元素误差,有效提升无控几何定位精度.     

LMS预处理的相位差机载单站无源定位方法

针对机载单站无源定位精度受限于参数测量误差的实际问题,提出一种改善相位差误差下的网格搜索无源定位方法。首先采用LMS自适应滤波算法对相位差信息进行滤波处理,然后根据定位模型利用观测的相位差建立定位方程,最后通过网格搜索法解算辐射源目标位置。该方法可以在相位差测量误差较大情况下实现对辐射源目标的精确定位。仿真实验结果表明,滤波处理后的相位差误差可以减小到0.14rad以下,而且定位结果优于文献[17]的方法。通过分析定位误差,表明相位差误差在10°范围内,增大网格分辨率和延长观测时间可以提高定位精度,同时也进一步验证了获取高精度相位差信息的必要性。     

用于电力变压器局部放电定位的超声波相控阵传感器的研制

针对电力变压器中局部放电的准确定位问题,将超声波相控阵技术引入局部放电定位中.基于超声波相控阵理论,考虑在运行变压器中的应用环境,在对传感器各个组成部分的材料及特性进行综合分析的基础上,研制成功了16×16阵元的平面超声波相控阵传感器.该传感器具有阵元数多、尺寸小、定位精度高及可适用于高温液体中的优点,适合于放入变压器内部进行信号的接收,传感器单个阵元中心频率为150kHz,带宽为100kHz.使用压电声源和油间隙放电等模拟实验对阵元的性能进行了实测,结果表明,该传感器能够对局部放电产生的超声波信号进行灵敏接收.实验室中的模拟定位实验结果表明,该传感器适用于对变压器中局部放电的定位.     

基于机载光电平台的海面目标定位方法

将海面目标从图像的像素坐标经坐标转换至WGS-84坐标系下的经纬高度,并搭建目标定位系统测试定位精度.实验数据分析表明,对定位精度造成影响的主要因素为惯性导航系统的姿态、航向角、相机的俯仰角测量精度.为进一步提高定位精度,对惯导系统建立基于角度四元数的状态方程,对相机俯仰角度建立状态方程,利用适用于动态数据处理的扩展卡尔曼滤波算法对姿态角度数据进行预测及检验校正.实验结果表明,经滤波处理后的姿态角度应用于目标定位,可以有效减小定位误差.     

深海声信道中的被动合成孔径

被动合成孔径技术通过对直线运动的小孔径基阵的接收信号进行处理,以时间积累换取空间增益,从而提高对目标的方位分辨和检测能力.理论分析表明,只有当(用于合成孔径的)物理子阵所处声场的水平相关半径远大于合成所用子阵尺寸时,被动合成孔径的探测性能才会较常规物理孔径基阵有明显优势.深海声信道中,声场水平相关的空间变化会对被动合成孔径技术的性能存在较大影响,本文利用2014年南中国海深海信道条件下的实验数据,开展了被动合成孔径和常规物理基阵的性能对比分析,用波束域扩展拖曳线列阵测量方法将32阵元(48 m)的物理子阵合成了160阵元(240 m)的虚拟阵,结果表明:当声场水平相关半径超过240 m时,160阵元虚拟阵的处理增益最高比32阵元的物理子阵高出9.5 dB,与理论预测数值一致;当水平相关半径小于30 m时,160阵元虚拟阵的处理增益只比32阵元的物理子阵高出6 dB,而其探测性能实际已经接近32阵元物理子阵.这也说明,在深海信道影区内声场水平相关半径较小,被动合成孔径技术的探测性能因此受到限制,较之常规物理孔径基阵的优势并不明显;而在声场水平相关半径较大的深海信道会聚区内,被动合成孔径技术的探测性能有明显改善,较之常规物理孔径基阵的优势明显.     

基于全局特征描述子的激光SLAM回环检测方法

针对井下环境中设备巡检时定位误差随时间不断累积的问题,提出一种适用于激光同步定位和建图技术的基于点云全局特征描述子的回环检测方法.该方法利用曲率计算点云中特征点的特征向量,通过特征向量与中心点坐标系的角度分布和尺度分布关系构建点云全局特征描述子;使用部分特征点进行位姿变换的计算,提高计算效率.通过仿真实验和开源数据集实验对所提算法进行验证.实验结果表明,所提算法在定位精度和实时性上提升明显,可以有效解决定位算法在长时间运行过程中的累积误差和全局一致性差的问题.     

空基分布式协同探测定位精度分析

为提高预警机战场自卫能力,大幅扩展其探测范围以提高预警反应时间,建立预警机与无人机协同的空基分布式探测系统是一种可行途径.针对该分布式协同探测的定位精度问题,以一发两收的典型分布式几何模型和分布式定位方程为基础,推导了多平台融合的定位精度数学表达式.结合仿真实验,着重分析了时间同步误差、俯仰角误差和方位角误差对协同探测系统定位精度的影响,结果表明时间同步误差、方位角和俯仰角误差等对目标的定位精度有较大的影响.通过分布式多平台数据的融合检测和估计提高了目标的定位精度,尤其是改善了基线区的定位精度,为空基分布式协同探测系统的研究提供理论基础.     

一个求解线性双层规划的全局收敛算法

用线性规划对偶理论讨论了线性双层规划的最优性条件,利用下层问题的对偶间隙,将线性双层规划转化为目标函数带惩罚项的单层问题,通过对转化后的单层问题进行求解,给出了一个求解线性双层规划局部最优解的方法,然后引进一种割平面约束来修正当前局部最优解,直到求得线性双层规划的全局最优解。提出的算法具有全局收敛性,并通过一个算例说明了算法的求解过程。     

基于波束形成的三维传声器阵列仿真

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用MATLAB对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明：相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。     

基于GNSS-A的海底目标高精度定位算法研究

为提高海底目标垂直方向的定位精度,在分析全球导航卫星/声学定位(Global Navigation Satellite System-Acoustic, GNSS-A)基本原理的基础上,提出基于动态观测的海底目标声学定位算法。针对动态观测中产生的双程传播时延问题,将其发射和接收过程分别考虑,并利用最小二乘(Least Squares, LS)法解算圆形对称观测数据,消除绝大部分系统误差和粗差对水平定位精度的影响;结合水平解算结果、高精度声学测距信息和实测声速剖面信息,开展声线跟踪(Sound Ray Tracking, SRT)并构造迭代,进一步减弱垂直方向误差,提高海底目标点的垂直定位精度。南海实验证明,采用本文方法可以有效减小声速误差对测距精度的影响,明显提高海底目标在垂直方向上的定位精度。     

双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计

针对MIMO雷达收发阵元间存在互耦会严重影响目标定位算法性能的情况,提出一种双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计的算法.利用均匀线阵互耦矩阵的特点和MIMO雷达的特性获得满足ESPRIT算法的信号子空间,在不需要任何互耦矩阵信息情况下采用ESPRIT算法实现了目标角度估计,且估计出的角度参数自动配对.根据所估计的目标方位角度,利用信号子空间和联合导向矩阵之间的关系,将MIMO雷达的互耦参数估计转化为线性约束二次最小化问题,估计出互耦系数矩阵,实现了MIMO雷达的自校正.该方法的优点是避免了多维空间谱搜索带来的庞大计算量和迭代中的全局收敛性问题,同时得到了收、发阵列互耦参数估计的闭式解.仿真结果表明算法估计性能接近于互耦已知时二维MUSIC算法.