基于深度学习的水下目标姿态识别

水下安静型目标主动探测与识别问题中,确定目标与发射装置的相对姿态是目标探测的关键。本文结合水下目标声散射回波机理,对目标的声散射回波成分进行信号特性分析,结合分数阶傅里叶变换对声散射回波进行特征提取;利用循环神经网络保存目标回波时间序列信息,实现对序列信号的动态建模;分别将分数阶傅里叶域特征与频谱结构特征作为训练对象,构建水下目标回波角度识别模型并进行对比,实现对不同声波入射角度下目标回波的分类识别。水池实验数据处理结果表明:本文提出的分数阶傅里叶特征与长短期记忆系统结合的深度神经网络模型,各项评估指标均优于以频谱结构为训练特征的深度网络模型,验证了本文方法对目标姿态识别的有效性。     

基于相位变化率的体目标与点源合成目标回波分辨

针对水下体目标与多点源合成回波信号的分辨问题,本文基于体目标与多点源合成回波信号的形成机理差异,表征分析了影响水下目标回波相位形成的关键因素及水下体目标与多点源合成回波相位形成的差异性,基于2类回波信号相位变化率的特征差异,提出并建立了基于相位变化率的体目标回波与多点源合成回波的分辨方法。通过Benchmark基准潜艇缩比模型和多点源合成目标模型的特性仿真和湖上对比测试对2类回波信号的分辨方法进行了验证,仿真和测试数据分析结果表明：通过对比同方位角度范围内的回波相位变化率,可以对体目标回波与多点源合成回波进行分辨,验证了基于相位变化率的水下体目标与多点源合成回波分辨方法的可行性。     

混响和水下目标回波的相位耦合性

双相干谱分析是一种随机信号的现代分析方法,它保留了信号的相位信息且能有效地抑制高斯噪声,描述信号的非线性相位耦合.该文利用双相干谱对水下目标回波进行相位耦合性分析,提取纯混响和目标回波的双相干谱的最大值,将最大值及其对应的频率分布作为特征向量,在三维空间对纯混响和2类沉底目标回波进行了分类、实验数据证明了利用双相干谱特征可以有效地区分混响和目标回波,提高水下目标识别率.     

水下沉底小目标回波的短时FrFT滤波分析

为提高主动声纳在浅海区域探测水下沉底目标的能力,研究了二类水下沉底目标回波和混响的时频特性.基于分数阶傅里叶变换(FrFT)方法,设计高斯窗的短时FrFT算法(STFrFT)对水下沉底目标回波进行表征,根据回波和湖底混响在FrFT域的时频聚焦性差别,将最佳旋转后的信号进行u域窄带滤波可有效地抑制混响的干扰.湖试数据分析表明,在两类沉底目标探测过程中的短时FrFT时频面上湖底混响拖尾衰减较快,该方法可有效地提取回波中稳健的时频特征.     

基于相关法方位分析的水下主动目标尺度识别研究

水下目标识别技术是现代声纳系统与水声对抗的一个极为重要的组成部分。它是随着声纳技术、信号检测理论、计算机技术等的进步而发展起来的 ,目前有多种识别方法。由于水下目标回波亮点结构是重要的目标特征 ,因此对目标回波亮点时空特征的提取已成为水下主动目标识别的一种有效方法。文中研究了水下高频 ( 2 0～ 35 k Hz)主动声学目标的识别方法及仿真性能。首先基于水下潜艇目标回波的亮点空间方位特征 ,提出了水下目标回波多亮点方位估计算法。然后 ,研究了目标亮点视在方位的模糊特性 ,给出了舷角与空间视在目标张角的关系。最后 ,进行了仿真实验 ,结果表明 :相关法方位分析的水下主动目标识别算法抗噪声能力强 ,在 S/N =0 d B时仍能很好地完成目标识别功能 ;在近正横附近 ,在距离 5 0 0 m处仍可完成目标尺度识别功能 ;在舷角 70°～ 2 0°扇面有良好的尺度识别能力 ;采用复杂波形 ,复本相关处理后可得到目标亮点时域信息和亮点方位信息。     

水下目标特性特征提取及其融合

为解决基于回波法水下目标分类与识别问题,从水下目标回波的弹性亮点特性、多分量特性和能量积分特性出发,利用频域离散小波变换(FDWT)、希尔伯特谱(Hilbert谱)、希尔伯特边际谱、分数阶傅里叶变换(FRFT)4种时-频分析方法从不同角度对目标回波与混响进行分析.对所提取的特征进行压缩与融合,利用支持向量机完成对水下目标和混响的分类与识别.文中给出了发射换能器以不同掠射角工作时4种时-频特征及其融合特征的识别率.实验结果表明,随着掠射角的增大,总体识别率呈现升高的趋势,融合特征可以有效提高识别率.     

混响背景下水底目标回波盲分离

针对水下掩埋目标探测中目标回波信混比较低的问题,提出将混响视为一类信源的与目标回波盲分离方法,研究了目标回波与混响在时域统计特性、时频域以及时域波形上的可分离性与分离原则问题,解决了传统时频方法不适用于当混响与目标回波在时频域内混叠时的抑制混响问题。海上掩埋目标探测实验数据处理结果表明,经过时域二阶统计盲分离与时频域盲分离处理后,目标回波的信混比提高了约5 d B,在时频分布上可以更清楚的观察到目标几何亮点,从而提高对目标回波识别的准确性。     

水下目标二维散射特性测量方法

基于合成孔径原理,提出一种水下目标二维散射特性测量方法,该方法采用声呐基阵静止而目标作合作匀速直线运动的模式.推导了前述模式下的目标回波信号模型.对回波信号进行二维成像处理,利用反投逐点算法进行方位向的聚焦处理,进而得到目标在距离和方位维的二维散射特性.给出计算机仿真和水池试验的回波数据处理结果,得到水下目标散射特性的二维空间分布,方位向理论分辨率达到0.04 m,且分辨率与距离和频率无关.该方法可用于目标特征缩减和目标识别.     

水下复杂目标宽带回波精细特征提取

针对水下复杂目标宽带回波的精细特征问题,该文研究了提取与分析方法,并利用湖试和海试回波数据进行验证.推导出了多亮点目标回波频率-角度谱函数,详细分析了其上亮线的形成原因及分布规律,指出了函数其与多元阵指向性函数的类似性;讨论了目标回波谱频谱能量随着声波入射角趋于90°时趋向低频的原因.通过湖上试验和海上试验分别获得了复杂目标宽带回波的精细特征,特别是提取了肋板、肋骨、内外壳的回波,试验数据的谱频谱与理论分析结果吻合.     

水下目标回波与混响的分数阶Fourier域盲分离

海底混响是水下掩埋目标探测的主要干扰,而掩埋层对声波的吸收导致声散射回波信号微弱。针对强干扰下的弱信号分离的问题,研究了目标声散射回波与混响在最佳分数阶Fourier变换域中的能量聚集性差异,提出了目标回波与混响的分数阶Fourier域盲分离方法。推导了目标几何声散射成分与混响在最佳分数阶Fourier域的能量分布特性,通过在最佳分数阶Fourier域构建广义相关矩阵构建目标函数,分离出目标回波声散射信号。仿真与数据处理结果表明:分数阶Fourier域盲分离算法分离出了目标声散射信号,提高了目标回波信号的信混比;与时频域盲分离算法相比,避免了在时频面上对目标自项时频点的选取,低信混比下分离效果好。     

一种建立水下定向航行器的弹道方程的方法

讨论了垂直放置靠火箭推进的水下定向航行器的运动特征,根据其结构特点,并考虑航行器质量变化以及海水水流等的影响,从能量角度出发建立了水下航行器定向运动时的弹道数学模型,最后根据实际需要进行了弹道仿真。     

斜齿轮非定常温度场的计算

建立等价于描述斜齿轮非定常温度场的导热方程及定解条件的泛函并将其离散为单元泛函数。通过求泛函的极值和进行单元矩阵组装,建立了分析斜齿轮温度分布的有限元模型,采用伽辽金解法分析了斜齿轮非定常温度场随时间变化的情况,可用于提高齿轮传动生存能力的研究。     

基于四阶混合累积量的自适应线谱增强器

将四阶累积量的递推算法推广到求正弦信号的混合四阶累积量，并提出了一种计算正弦信号四阶混合累积量的自适应线谱增强递推算法。该线谱增强器的结构为自适应FIR滤波器，当输入为含有高斯噪声的正弦信号且处于稳态时，滤波器的权系数与输入信号的四阶混合累积量的一维切片成正比，而与高斯噪声无关，从而使信号的线谱成份得到增强。仿真结果表明，该算法从高斯色噪声中提取正弦信号的能力优于二阶自适应短时相关增强器。     

基于模糊逻辑的现在方位导引和无干扰导引的混合导引律

在引入鱼雷导引禁区和鱼雷有利导引点的基础上,用模糊逻辑理论,提出了一种能自动实现现在方位导引和无干扰导引的混合导引律。该导引律通过两组误差信号和多目标规则库,使得鱼雷可在无干扰导引法和现在方位导引法之间自由切换,避免了传统方法需要人工切换的缺陷,所设计出的模糊导引律不受制导站、鱼雷、目标自由运动的影响,而且可以连续地适应各种工作环境     

不确定性非线性系统借助量测反馈的鲁棒控制

主要讨论不确定非线必系统通过借助测量反馈实现内部稳定的干扰衰减问题。借助求解Hamiltonian-Jacobi不等式,给出一种控制器和观测器设计方法,然后利用配方方法,分析由所设计的动态控制器所构成闭环系统对模型不确定性具有较强的鲁棒性。     

舰船噪声信号的混沌特性研究

以Takens定理为基础，研究了延迟坐标法用于舰船噪声信号的重构。采用FNN（false nearest neighbors)法得到了三类目标舰船噪声信号的最小嵌入维数。通过相空间重构，得到了它们的奇怪吸引子。为利用舰船噪声信号的混沌特性进行目标分类与识别奠定了基础。     

自适应机翼的控制系统设计及其试验研究

针对自适应机翼的特点和研制要求,研究了控制系统的设计与实现,较好地解决了飞行中机翼参数时变的问题,并使系统对控制律做了合理的约束,根据最优控制理论对具体方案进行了理论分析和物理试验。结果表明,采用具有辅助模型自适应控制理论的控制器能够有效、准确、快速地达到设计目标跟踪和设计状态回归两项重要指标,系统的鲁棒性、收敛性和稳定性都得到明显体现,且能很好地实现在线控制。     

广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛算法

文章基于Bridges意义下的多辛理论构造了广义Benjamin-Bona-Mahoney方程的多辛偏微分方程组,利用变分原理得到了多种守恒律,构造了一种等价于Preissmann格式的隐式多辛格式。钟状孤波解的数值模拟结果表明该多辛格式具有较好的长时间数值稳定性。     

涡轮泵密封结构的动态可靠性分析

考虑到结构的载荷和强度由几种随机成分所构成,本文在线性统计近似理论的基础上,通过对随机过程的分析和推导,建立了结构可靠性的动态模型。以涡轮泵密封结构为例进行了结构可靠性的分析和评估,取得了较为符合实际的结果。     

一类不确定性非线性系统的神经网络稳定控制

针对一类伴随型的ｎ阶非线性系统中存在不确定性,引入神经网络作为非线性系统的模型,基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论,提出有效的控制律及参数自适应律,由全局不变集定理证明闭环系统是全局跟踪收敛的。仿真研究结果表明了本文方法的有效性,为设计高性能的神经网络控制系统提供了一种强有力的方法