基于声相关的海底回波仿真

为了弥补声相关计程仪(ACL)工作原理只能利用几何关系描述的不足,以声呐方程为基础,采用Kirch-hoff近似模型,研究了基于混响网络模型的海底回波.利用仿真回波数据及时-空相关函数,推导出船速从一维到三维不同条件下,采用平面阵进行接收时,满足两接收阵元接收回波相关性最大的条件,从而给出了波形不变性原理的一种数学描述方法.仿真结果证明了该描述方法的有效性.     

浅海远程海底混响的耦合筒正波模型

利用耦合简正波理论，分析由海底不平整所产生的散射形成的海底混响，由此模型得到的关于混响强度衰减及其空间相关特性的理论仿真结果与经典简正波混响模型吻合较好，并得到了海上实验结果的验证．通过理论和实验数据，重点分析了收发间距，脉冲信号带宽对混响强度及其衰减特性的影响，结果表明此模型对于收发合置、分置远程海底混响的分析均适用．     

基于双耳相干函数的鲁棒时延差估计与混响抑制算法

传统的基于相关峰的广义互相关算法在混响环境下性能急剧下降,尽管一些优先效应模型被提出以改善其性能,但是这些模型计算复杂且对阈值选取很敏感。该文首先通过协方差矩阵的特征值来分别更新语音的相干函数和噪声的相干函数,随后将语音的相干函数与理想相干函数匹配,用于时延差估计。估计出的时延差和噪声的相干函数用于相干与散射信号能量比值(coherent-to-diffuse power ratio,CDR)的估计,最后利用实时估计出来的CDR值进行混响抑制。实验结果表明:该方法的定位误差明显低于传统方法,且混响抑制后的主观语音质量评估(perceptual evaluation of speech quality,PESQ)分数高于对比算法。     

多接收阵合成孔径声呐CZT成像算法

针对多接收阵合成孔径声呐(SAS)收发阵元是空间分开的,双根号之和形式的距离历程导致点目标二维谱解析表达式求解困难这一问题,在"非停走停"模式下建立了多接收阵合成孔径声呐距离历程模型,并采用级数反演的方法推导了点目标的精确二维谱.分析距离徙动后发现:可以通过近似将其变为斜距变量的线性函数,进而利用Chirp-z变换进行距离徙动校正,避免了插值处理,提高了算法效率,保证了相位保真度.仿真实验和实测数据测试验证了本文算法的优越性.     

用二维谱技术研究相控线阵声波辐射器在充液井孔中产生的声场

采用二维谱技术对充液井孔中的相控线阵声波辐射器的辐射特性及其产生的声场进行了数值研究. 结果表明， 在频率波数域中可以清楚地把在时间空间域中难以分开的模式分辨开来. 相控线阵声波辐射器的阵元个数、阵元高度以及相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和辐射声束的偏转角. 增大井孔中的相控线阵声波辐射器的相邻阵元间的激励信号的延迟时间，可以使相控线阵辐射的声束入射于井壁上的指向角不断变大，先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件，从而使充液井孔中的滑行纵波和滑行横波分别得到加强. 在井孔中采用相控阵声波辐射器可以提高声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

基于四阶累积量的非相干分布式信源测向算法

针对非相干分布式信源的不相关散射分量会造成信号空间的扩展从而使阵列最大可估计信源数下降的问题,利用四阶累积量的阵列扩展特性,本文提出了一种基于四阶累积量的非相干分布式信源测向算法。该算法首先利用泰勒级数展开对接收信号的四阶累积量矩阵进行化简;之后根据化简后的矩阵重新划分噪声空间,并利用其和新的阵列流形构造谱峰搜索函数;最后给出算法的自由度及复杂度分析。仿真结果表明,该算法可以有效地提升阵列的最大可识别信源数,同时在低阵元数低信噪比情况下估计误差较小。     

动态圆阵声呐回波的模拟

本文介绍了一种圆阵声呐在主动工作方式时进行回波模拟的模拟器设计原理。首先给出了声呐载艇和目标艇均处于运动状态时进行回波模拟的数学模型。接着讨论了模拟声呐脉冲经信道的传输延迟和回波进入圆阵延迟的延迟线设计方法、回波信号的产生方法和信噪比控制的实现方法。     

混合信号情况下基于均匀线阵的测向方法

基于均匀线阵,在不相关信号和相干信号共存的情况下提出了一种有效的测向方法.不相关信号的波达方向通过采用传统的多重信号分类方法(MUSIC)首先被估计.然后,利用空间差分矩阵构造了一个新的矩阵,通过对这个新构造的矩阵运用前向空间平滑技术进行处理就可以完成对相干信号的测向.提出的方法克服了空间差分方法内在的问题,其所处理的信号个数可以多于阵元的个数并具有良好的性能.     

基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展，自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展，为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求，同时降低其自主定位成本，设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法．首先，针对水声信道的复杂性，设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号，仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性；其次，结合倒置的超短基线定位原理，设计了布放在已知参考点的四阵元基站，各阵元发出相互正交的声频梳信号，水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号，利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测；最后，针对声学频率梳的时域和频域特性，推导了接收信号与飞行时间的关系，利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测，进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果，结合倒置的超短基线定位方法，实现航行器的位置实时解算．水下实验结果表明，本方法复用率高、可操作性强，水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算，进一步降低了成本和系统复杂度．同时，也证明了声频梳信号的高可靠性，可在水下航行...     

被动时反混响抑制方法研究

混响是主动声纳检测中主要的背景干扰,由于其一系列特殊的性质,混响抑制一直是困扰声纳信号处理的难题。文中研究了时反混响抑制方法,并在此基础上提出了一种基于前向预测的被动时反混响抑制新方法。该方法的基本思想是：利用目标回波出现前一时刻的混响信号进行时反算子分解获得一个混响子空间,并将其作为目标回波出现时刻返回信号的混响子空间的一个预测,然后利用被动处理来抑制接收信号中的混响分量,同时保持或增强目标回波分量。该方法不仅避免了主动时反信混比增强方法需要对各个可能存在目标的距离依次进行主动发射一接收处理的重复操作,还解决了当前被动时反混响抑制方法可能会使目标回波和混响同时被抑制的问题。针对典型浅海波导环境,通过计算机仿真实验验证了所提方法的有效性。     

融合多传感器信息的移动机器人自定位方法

提出一种给定环境模型下移动机器人全局自定位算法,通过融合声纳传感器和视觉传感器的异质传感信息把具有多模态、鲁棒性强的Markov方法和单模态、高效准确的EKF方法组合应用并加以改进,来实现准确和快速的全局定位,同时提高位姿跟踪的准确性.Markov方法中位姿空间的低分辨率离散减小了存储需求,声纳感知模型对位姿空间分布进行初始化并提供了全局的位姿假设,视觉感知模型实现了位姿分布更新,而基于视觉特征的EKF方法则提高了定位的精度.实验结果验证了本方法的有效性.     

基于神经网络和遗传算法的舰艇声纳自噪声预报

研究了舰艇航行时声纳部位接收到的全艇自噪声的预报问题．分析了影响声纳部位自噪声的各种参数,将BP神经网络和遗传算法相结合用于舰艇声纳部位自噪声预报．通过使用遗传算法对神经网络的初始权值进行优化,可以在解空间中定位出一个较好的搜索空间,然后采用BP算法在这个小的解空间中搜索出最优解．通过整理大量的测试数据,对神经网络进行训练,训练好的神经网络能够迅速而精确地对舰艇各种航行状态的自噪声进行预报．结果表明,该方法不仅具有足够的精度,而且实用方便、适用性强．     

一种发现时空变化模式的方法

针对时空快照模式，提出一种从时空快照数据中发现时空变化模式的方法．采用了基于密度和基于网格的方法，将高维密集单元的搜索限制在子空间密集单元的交集中，缩小了搜索空间．通过引入子约束和模式区间等概念，使算法能发现不同概念层上的变化模式．结果中的模式质量取决于离散过程中的最小粒度．通过实验数据证明，此法能够有效地从时空快照数据中有效提取时空变化模式．     

三维弹性波场的线性化逆散射问题

在弱散射假设下，建立了三维弹性波多参数反演的理论方法。采用两束相互垂直的宽带平面波照射目标体，在包围目标体的封闭测量面上获取散射玻场，通过计算“平面波散射振幅”并选择适当的偏振方向将未知参数在富立叶变换域内解耦．所得结果类似于Ｘ射线ＣＴ成像，具有“滤波反投影”的形式。     

基于改进直方图不变矩的声呐图像识别方法

针对声呐图像受噪声干扰大，目标边界较模糊的特点，并结合传统直方图不变矩识别图像快速的优点，以及其不考虑灰度空间信息而易造成误识的缺点，将目标的形状阕子加入不变矩特征向量中，提出了一种对亮度和对比度变化不敏感，具有旋转和尺度不变性的改进的直方图不变矩．实验仿真结果表明，该方法能够快速、有效地识别水下目标．     

A practical self-localization scheme for mobile robots using sonar sensors

A practical self-localization scheme for mobile robots is proposed and implemented by utilizing sonar sensors. Specifically, the localization problem is solved by employing Monte Carlo method with a new mechanism proposed to calculate the samples' weights; the convergence and veracity of the sample set are guaranteed by the designed resampling and scattering process. The proposed self-localization algorithm is fully implemented on a specific mobile robot system, and experimental results illustrate that it provides an efficient solution for the kidnapped problem.     

基于正棱锥阵的目标定位系统

本文讨论一种集被动定向，主动测向，测距为一体的水声信号处理系统，接收基阵采用基元数最少的正三棱锥阵，利用数字信号处理技术和ＴＭＳ３２０Ｃ２５芯片完成目标的定位功能。     

用自适应扩展卡尔曼滤波跟踪水下目标的算法研究

针对短基线声纳系统跟踪水下目标的问题,建立了状态方程和观测方程,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波的跟踪算法,该算法包含八个基本步骤。将声波传输时延转换为水下目标的距离,用卡尔曼滤波的方法对数据中的噪声进行滤波。对目标的匀速航行和机动航行进行了仿真实验,实验结果表明了该算法的正确性和有效性。最后将该算法用于水下目标的实测数据,收到了良好的效果。     

基于混合模型的移动机器人同时定位与环境建模

提出一种基于混合地图模型的融合声纳传感器观测信息与里程计信息的同时定位与环境建模(SLAM)方法.该方法用混合模型即栅格地图模型和直线特征地图模型表示环境地图.首先,采用三区域声纳模型以及贝叶斯法则构建栅格地图,并通过在空间和时间上融合不同时刻多个声纳传感器的信息提高地图精度.然后,引入霍夫变换提取直线特征,创建直线特征地图,并通过比较地图中直线段的方向相似性、共线性与交叠性,确定全局与局部地图是否匹配.最后,利用直线特征以及扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过状态预测、观测预测、位姿更新3个阶段估计出机器人更新的位姿信息,校正构建的地图模型,从而实现机器人的同时定位与环境地图构建.仿真实验和真实环境实验验证了该算法的可行性与有效性.     

水下目标声散射特性仿真

对水下目标的声散射机理进行了简要的理论分析．对于几种典型的水下目标，在近场采用物理声学法实现了声纳成像仿真，远场利用亮点模型理论实现了回波波形的模拟．根据远近不同，采用不同的方式来提取目标的特征，为水下目标的识别提供了仿真数据．