座底式长基线水声跟踪系统校阵方法研究

为了解决座底式长基线水声跟踪系统的高效校阵问题,结合工程项目实际提出一种智能化分组并行校阵方法。该方法利用水下基阵布阵施工时获得的水声及差分全球定位系统(Differential Global Positioning System,DGPS)测量数据为基准,在校阵试验中采用多个水下基阵分组并行校阵的快捷方式,根据自动反馈的测量数据进行校阵误差收敛测量,当满足事先设定的校准误差后,获得水下基阵的精确位置信息,同时完成多个水下基阵的阵型校准。最后,在某水域采用跑船试验的方式进行验证。长基线系统测量的船只航行轨迹与DGPS轨迹重合性好,证明该方法具有智能化程度高、测量精度高、测阵效率及经济性好等优点,具有较高的军事及民用价值。     

水下近场目标声探测系统设计研究

为对水下近场目标进行定位和识别,设计了一种小型水下近场目标声探测系统。该系统采用水听器十字阵对目标进行被动方位估计和主动声纳测距相结合的工作方式。为验证声纳探测系统设计的可行性,设计了一个水下目标方位估计的水池实验,该实验系统利用LabVIEW便捷的数据采集和存储功能及MATLAB对算法的强大仿真能力,方便地实现了对水声信号的采集和分析。这种探测系统的设计可为水听器布阵和相关算法的选择提供参考。     

被动定向浮标阵定位误差仿真分析

仿真分析了被动定向浮标阵为正三角形阵时,阵元间距等几种因素对利用最小二乘法解算目标位置精度的影响。仿真结果表明,在相同的位置误差和测向误差下,当目标在一定范围内时,阵元间距增大,定位误差增大,当目标位置超出该范围后,浮标阵定位误差急剧增大,阵元间距大的浮标阵定位误差反而小;在其它条件相同时,位置误差(测向误差)增大,定位误差增大。因此,为提高三角形阵的定位精度,应尽量提高浮标的测向精度和浮标位置精度;使用中应根据浮标性能和实际使用需求选取合理的布阵间距。     

水下振动目标的被动定位方法

在目标定位过程中,采取窗口分数维方法对初至波进行拾取,确定其到达时刻;采用五元十字阵的传感器阵列布局方式,用提取的初至波建立方程组,通过方程组求解目标所在位置.针对水下目标的测向和测距进行了分析和仿真实验.结果表明,将五元十字阵应用于水下目标被动定位的方法是可行的,其定位误差较小,能够获得较精确的定位结果.     

被动定向浮标阵卡尔曼滤波目标跟踪研究

文章研究利用被动定向浮标阵定位跟踪水下机动目标的方法,基于卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF)原理提出一种定位跟踪滤波器的具体实现方法。该方法能够整合多枚浮标现在及过去有误差的测量数据,提高定位精度,同时连续输出水下目标运动参数估计从而锁定目标运动轨迹。该方法实现的关键在于建立水下目标与浮标阵的数学迭代运算模型,包括状态空间的动态与观测过程。由于被动定向浮标阵目标跟踪是一个非线性估计问题,而卡尔曼滤波器是线性的,因此文章设计了近似的线性观测方程以利用卡尔曼滤波来解决这个问题。通过计算机仿真研究该滤波器的跟踪效果并与最小二乘法进行比较,估计精度明显高于最小二乘法。同时通过仿真验证该滤波器可以自适应跟踪目标的非稳态运动过程。该方法在工程实践上具有一定应用前景与指导意义。     

双子阵被动跟踪系统

文章介绍一种用于水下机动目标测量的双子阵被动跟踪系统,介绍了双子阵定位原理和系统构成,提出了广义相关时延估计方法、时延值滤波方法和卡尔曼弹道滤波器,该系统能方便地进行水面或水下机动目标的跟踪测量。     

共形阵的布阵方法及可视化图形表示

本文讨论了水下平头流线体共形阵的布阵方法及可视化图形表示,线型旋转加常规布阵法可以得到各种实用的复杂共形阵,包括单/双平面共形阵、均匀型三维共形阵和节省型三维共形阵.     

基于多基元的水下目标高精度测速方法

根据水下测控基阵对目标测量的时延信息,提取反映速度变化的各基元时延差,提出一种新的测量水下目标速度的方法,并做误差分析、实测数据验证,其测量精度达到0.2kn以上,利用现有定位设备解决了水下目标高精度测速问题。     

水下爆炸试验爆源定位方法研究

为实现水下爆炸试验爆源在爆炸时刻相对于水面目标舰艇的定位测量,提出一种最小误差逼近的遍历搜索定位方法。该方法通过在目标舰艇上安装一定数量的爆炸载荷压力测量传感器,根据获取的爆炸载荷数据中冲击波传播的时间信息和冲击波压力峰值,实现爆源定位计算。小当量的水下爆炸试验结果表明:4个有效爆炸载荷测点数据可以实现爆源炸点定位计算,增加有效测点数量,可以提高爆源定位精度。     

基于水平阵的柱面声源高分辨时反聚焦定位方法

针对浅海条件下利用水平阵对水下目标进行噪声源近场高分辨定位会受海面、海底形成的多途效应影响,致定位结果具有严重的背景起伏甚至出现虚假目标问题,在建立水平阵近场柱面聚焦测量模型基础上,分别研究适用于单频线及宽带连续谱信号的水平阵柱面聚焦定位方法,即将幅度补偿引入MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)近场聚焦波束形成中,充分利用声波幅度信息及相位信息,并据基于射线理论的虚源法建立水声相干多途信道模型与静态介质中波传播的互易性及时反不变性,生成与水声信道特征信息相匹配的空间聚焦导向矢量。结果表明,该方法可有效克服多途效应影响,实现柱面声源高分辨定位。     

多冲击声源定位算法

为了解决导弹、空投鱼雷等各种类型物体入水点精确定位问题,针对多个冲击声源产生的复杂抵达序列,提出先排序组合定位,再对最小方差项排序,然后用组合关联模型选取最优解组合的算法,实现对多个冲击声源目标的精确定位.误差分析给出了阵位误差和测时误差对定位精度的影响.仿真测试了13枚弹头在130m×30ｍ区域内、1s时间内均匀分布的冲击定位情况,13点定位误差与阵位预置误差基本相当,并且,冲击区域在阵中心时的定位精度高于冲击区域在阵边缘时的定位精度.港内试验验证了该算法能够有效地对多个点进行解算定位,其定位精度在5m以内.     

基于辅助阵元校正法的柔性阵列阵元位置校正

本文介绍了两种用于校正大型柔性声纳阵列的阵元位置的方法。在阵列进行海底铺设后,阵元位置的不确定,会大大降低声纳搜索方位的性能。辅助阵元校正方法考虑使用阵上较短距离间隔的阵元作为辅助阵元来对信号到达角和阵元相对相位同时进行估计。并从至少两组不同方位声源点测得的数据,获得阵元的相对坐标位置,得到阵形。为了保证校正的有效性,我们比较了这两种辅助阵元校正方法,通过大量的仿真试验比较它们对辅助阵元误差扰动的敏感度,并选择了宽容性较好的MUSIC辅助阵元方法进行了实际的海上试验。     

基于最大似然估计的辐射噪声源近场定位方法性能分析

如何利用较少的阵元个数得到比较理想的空间分辨力,准确找到噪声源位置,一直是人们比较关心的问题,因此介绍了基于最大似然估计的辐射噪声源近场定位方法,并利用遗传算法寻求最大似然估计的全局最优解,从而实现噪声源近场定位,其具有比常规聚焦波束形成更高的空间分辨力,且可以有效实现相干声源近场定位。通过计算机仿真详细分析了信噪比、测量距离及基阵孔径对本文算法定位性能的影响,说明了仅利用小孔径基阵就可实现辐射噪声源近场高分辨定位,最后通过湖试实验验证了该方法的有效性,具有一定的工程应用价值。     

自适应空间有源消声最佳消声效果的实现

本文针对一个自适应有源消声控制系统以及一个以点声源为次级源的声系统，就如何实现空间最佳消声效果问题进行了讨论，给出了误差传声器的个数及空间位置与空间消声效果之间的关系，提出误差传声器应放置在实现消声后声压的极小方向上。所得结论在实验中得到了证实。     

应用于传声器阵列定位校准的空间点声源声场拟合方法

介绍了一种用于传声器阵列声源定位精度校准的空间点声源声场模拟方法,并基于该方法设计了一套空间点声源模拟系统,完成了一个传声器阵列的定位位置精度校准。文章采用多通道点声源空间声场合成算法模拟了一个位于自由场空间的点声源,根据传声器阵列中每一个传声器的空间位置坐标,计算出传感器所处位置声场的动态声信号。通过耦合腔标准声源将对应的多通道电压信号输入被校准阵列系统,完成点声源的模拟。然后,该阵列运用波束形成算法进行声源定位,得出点声源的位置,并与模拟点声源的位置进行比对,实现对阵列定位准确性的校准。     

Locating error analysis and tolerance assignment for computer-aided fixture design

Based on the considerations of locating the error source and true positioning geometric dimensioning and tolerancing (GD/T), this paper presents a locating error analysis approach for set-up planning and fixture design. It includes three techniques: (1) by synchronizing locating elements with locating features, a fixturing coordination system is defined to simulate the actual locating situation; (2) a vectorial tolerance zone definition is explored. Compared with the tolerance zone definition published in ISO and ANSI Y14.5 standards, the biggest difference is that this definition is built up on the fixturing coordination system. Consequently, it is especially suitable for locating error analysis; (3) a locating error evaluation algorithm is developed with sensitivity analysis functions. The proposed models and techniques have been implemented with commercial CAD systems and have been applied to automobile manufacturing companies.     

大气次声源定位算法及误差分析

逐步多通道相关方法是定位次声源的主要方法。该方法会忽略阵元的海拔高度差,从而引入误差。文章分析了基于广义互相关的时间延迟估计算法,讨论了基于时延的平面波入射角定位方法。着重研究了逐步多通道相关方法的误差来源,确定了基于时延的定位方法是产生误差的主要原因,明确了大气次声源定位误差来源于忽略了阵元间的海拔高度差。基于最小二乘法推导了在不考虑阵元高度的情况下计算次声波入射角的方法。对存在高度差的4元中心三角阵型进行了误差仿真实验,在忽略阵元海拔高度差的条件下,各方向入射的次声波角度定位误差最大达到4°,特定阵型的阵元最大海拔高度差与入射角度计算误差成线性关系,并探讨了入射角度计算误差对主要参数和后续定位的影响。     

一种基于阵列不变量的浅海声源深度分类方法

浅海负跃层环境下波导不变量可以用于声源深度分类,但是当声源相对于接收阵无径向距离变化时,波导不变量值难以估计。针对距离已知且相对于接收阵无径向距离变化的声源,提出一种基于阵列不变量的声源深度分类方法,可适用于浅海负跃层环境。所提方法利用阵列不变量估计波导不变量,进而实现声源深度分类。计算机仿真结果表明,当垂直阵位于负跃层以下且声源距离已知时,利用阵列不变量估计出的波导不变量随声源深度的变化明显,可用于目标深度分类。     

Achieving Subnanometer Precision in a MEMS-Based Storage Device During Self-Servo Write Process

In probe-based data storage devices, microelectromechanical system-based microscanners are typically used to position the storage medium relative to the read/write probes. Global position sensors are employed to provide position information across the full scan range of these microscanners. However, to achieve repeatable positioning, it is also necessary to have medium-derived position information. Dedicated storage fields known as servo fields are employed to obtain this medium-derived position information. The servo-patterns on these servo fields have to be written using the global position sensors prior to the regular operation of the storage device by employing a scheme known as “self-servo write” process. During this process, subnanometer positioning resolutions, well below that provided by the global position sensors, are desirable. Such precise positioning at acceptable bandwidth requires the directed design of the closed-loop noise sensitivity transfer function so as to minimize the impact of sensing noise. This paper describes control architectures in which the impact of measurement noise on positioning is minimal while providing satisfactory tracking performance. It is estimated that the positioning error due to sensing noise is a remarkably low 0.25 nm. Experimental results are also presented that show error-free operation of the device at high densities.      

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。