基于多途模型匹配的浅海噪声源聚焦定位方法

 本文在建立符合水声相干多途信道特点的阵列信号模型的基础上,提出了基于多途模型匹配的浅海噪声源聚焦定位方法.该方法在本质上利用了基于模型和数据匹配的相干处理思想,充分利用了多途信道信息,生成与实际声传播特性相匹配的空间聚焦导向矢量,从而有效克服了多途效应的影响,提高了定位精度.进而结合基于最差性能优化的稳健聚焦处理器设计方法,对空间聚焦导向矢量实施约束,并划归为具有单一非线性约束的二次最小化问题,求解最优权矢量,修正得到新的空间谱形式.通过对空间谱、定位误差、-3dB波束宽度及主峰与最大旁瓣比性能进行对比分析,讨论了约束参数选取与失配误差程度之间的关系,并证明了新算法在存在失配误差的情况下,可有效提高MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)高分辨算法的稳健性,保持较尖锐的谱峰及较强的背景起伏抑制能力.     

浅海水声信道研究与仿真

水声通信是近年来发展迅速、研究相当活跃的通信技术领域之一,它的研究为解决水下信息的可靠传输提供了重要的技术保障。浅海域水声数据传输对于海洋勘探、海洋环境监测、海洋石油开采、海洋空间利用以及海上战争等方面都有着特别重要的意义。本文介绍了浅海水声信道的特点,阐述了如何建立浅海水声信道的模型,并用MATLAB对浅海水声信道进行了仿真和分析。     

浅海声速剖面对声呐作用距离的影响研究

水声环境参数是影响声呐性能的重要因素。在浅海波导环境下,声速剖面随季节与海域的不同具有复杂多变的特性,而声速剖面对声呐的作用距离将产生较大的影响。针对典型的浅海声速剖面,利用简正波模型对海洋信道的传递函数进行了分析,并研究了其对声呐作用距离产生的影响。     

基于相位匹配原理的稳健方位估计

文中介绍了一种新的信号方位估计原理--相位匹配原理(PMT),该原理计算简单、且不受噪声相关特性的影响。论文提出了一个新的基于矩阵范数的判别准则,该准则极大地改进了方位的估计精度和方差,并保持了算法计算简单的特点。仿真结果表明改进后的准则在高信噪比下接近MUSIC的估计性能,在低信噪比下却超过MUSIC估计,而且其估计性能不受未知相关噪声的影响。     

基于波束域导向矢量估计的稳健自适应波束形成方法

针对导向矢量失配和样本协方差矩阵估计误差导致自适应波束形成性能下降的问题,该文提出一种基于波束域导向矢量估计的稳健方法。该方法首先利用期望信号角度失配区域的补集构造波束域转换矩阵,克服了当样本协方差矩阵中存在期望信号分量时现有算法出现有用信号对消的缺点。其次推导出波束域导向矢量估计方法,并将其转化为包含恒模约束的非凸二次约束二次规划问题,然后采用半正定松弛规划估计实际的波束域导向矢量。计算机仿真验证了该文所提方法的有效性。     

噪声环境下光流场快速稳健估计方法研究

针对噪声影响下光流计算稳健性较差及收敛速度慢的问题,提出一种噪声环境下光流场快速稳健估计方法。所提算法基于噪声环境下光流场估计方法,引入惩罚因子以增强光流计算稳健性,并在光流计算迭代公式中加入动量因子缩短光流计算收敛时间以加快光流场计算。而后基于变分方法极小化光流能量函数求解欧拉-拉格朗日方程,最后通过迭代方法求得速度场。仿真结果表明,对视频中连续两帧图片加入不同高斯噪声后,与M算法及ML算法相比,所提算法可显著增强光流场计算稳健性,缩短光流计算收敛时间,加快光流场计算。     

多视角多波段SAR浅海地形反演研究

在SAR浅海地形成像基本原理的基础上,对现有的流场仿真和微波成像模型进行研究,选择二维水动力模型和比较成熟的M4S仿真软件,建立了SAR对浅海地形成像模型,使用该模型对准一维地形进行仿真实验,综合分析了气象水文条件(风场和流场)和雷达参数(波段、极化和入射角)对SAR成像的影响,仿真结果说明SAR对浅海地形成像受到上述条件的综合影响。传统的浅海水下地形反演方法都是在单视角单波段的情况下进行的,而多视角多波段SAR浅海地形研究则考虑了多个入射角和多个波段的不同影响,通过仿真结果分析可知,提出的方法能有效提高反演精度和抗噪性能。     

一种基于大孔径水平阵的浅海声源被动测距方法

面向浅海水下声源的被动测距需求,该文提出一种基于大孔径水平阵的简正波分离与测距方法。该方法针对频率波数域模态曲线弯曲导致的同阶简正波分离处理复杂的问题,在各阶简正波截止频率不随信号频率变化的条件下,提出基于波数伸缩的简正波模态对齐方法,实现不同阶简正波的有效分离。通过非线性相位补偿实现多阶简正波的能量聚焦,结合距离遍历、峰值提取实现声源距离的被动估计。该方法可获得空域、频域增益,实现多模态能量的累积,为微弱声源目标的距离估计提供了新的技术途径。最后,结合仿真数据验证了方法的有效性。     

基于矢量水听器线谱法目标方位估计

利用矢量水听器收集到的声压和振速信息,研究基于互谱法分析单目标的强线谱来进行目标方位估计。提出了单线谱法和多线谱法两种目标方位估计方法。其中,在分析多线谱法方位估计时,采用了直接平均和加权平均两种处理方法对多线谱进行处理,旨在提高目标方位估计精度。在原理阐述的基础上,通过仿真和湖试实验进一步分析比较了两种方位估计方法。     

LDPC码在浅海水声通信中的应用研究

LDPC码具有编码增益高、译码速度快、可并行译码等特点,是当前编码界的一个研究热点。针对复杂多变、强多途和大起伏干扰的浅海水声信道,建立了LDPC码在浅海水声信道中仿真的模型,仿真研究了浅海水声信道下采用和一积译码算法的LDPC码性能。仿真结果表明,LDPC码在3径多途信道下性能优越;当译码迭代3—5次,码长1000bit左右时基本上能满足水声通信对误码率为10^-4的基本要求。     

基于匹配场处理的浅海水声目标深度分类方法研究

针对现有的浅海水声目标深度分类方法存在的频率适用范围有限、信噪比要求较高等问题,在已获得有效的测距结果的前提下,该文提出一种基于新匹配量的浅海水声目标深度分类算法。通过分析模态互相关项的深度分布特征,建立以垂直复声强为匹配量的目标深度分类模型。接收深度不同时,算法虽均使用垂直复声强为匹配量,但实际上影响深度分类效果的模态互相关项是不同的。根据目标深度分类需求的不同,通过指定双矢量传感器的接收深度,实现目标深度分类模型匹配量的优化选取,从而实现目标深度分类算法性能的提升。仿真结果表明：该算法适用于目标频率激发3阶简正波的情况,算法的频率适用范围得以扩展。算法在低信噪比(SNR)情况下(SNR= 0 dB)、复杂海洋波导中可以获得有价值的深度分类结果。     

基于稀疏先验的SAR图像目标方位角稳健估计方法

稳健的高精度目标方位角估计能有效提高SAR ATR的计算效率和识别性能.SAR图像中目标的近雷达主导边界包含较为精确的目标方位角信息,可用于目标方位角估计.由于目标电磁散射特性以及SAR图像斑点噪声的影响,提取的目标近雷达主导边界很不规则,存在"野值"点.本文根据"野值"点稀疏分布的特性,利用最大后验原理提出了一种稳健的方位角估计方法.该方法能够有效检测和剔除主导边界中的"野值",从而提高目标方位角估计的精度和稳健性.针对仅利用距离主导边界估计带来的目标垂直与水平方位的模糊性,基于分割图像中目标区域长宽比特征提出了一种解模糊的新方法.MSTAR实测数据的实验结果表明提出的算法具有较高的精度与稳健性.     

机动目标径向加速度估计方法研究

对于固定载频发射脉冲,机动目标加速度将引回波信号二次相位变化,此时的回波属于典型的非平稳信号,该信号使用传统的傅里叶变换无法有效进行处理。采用分数傅里叶变换的方法对一个脉冲回波信号进行分析,利用复变数学的相关知识,定量推导了分数变换域峰值和脉冲宽度的正比关系。以此为基础分析了能测得加速度需要的最短脉冲宽度与信噪比的关系,最后对无噪声和有噪声2种情况进行了仿真验证。     

基于多源遥感数据的水体提取方法研究

为了进一步减少洪涝灾害给国家造成的不利影响,必须进一步对洪涝灾害开展必要的研究和监测。有效获取水体数据以及洪水覆盖区域是洪涝灾害监测和研究的前提。卫星遥感技术具备能广泛收集信息、迅速收集相关数据、周期小以及数据量庞大等特点,所以被广泛运用于洪涝灾害的监测中。当前,在使用遥感技术的基础上对水体数据开展监测提取的方法有很多,但也存有相应的问题——只是单纯的运用传感信息源,并没有进一步对多元信息的组合开展运用,基于这一点,数据获取的最终结果也常常会受到天气和空间位置的影响。基于此,文章对多源遥感数据的水体提取方法进行研究,以供参考。     

Vision-Based Target Tracking and Surveillance With Robust Set-Valued State Estimation

Tracking a target from a video stream (or a sequence of image frames) involves nonlinear measurements in Cartesian coordinates. However, the target dynamics, modeled in Cartesian coordinates, result in a linear system. We present a robust linear filter based on an analytical nonlinear to linear measurement conversion algorithm. Using ideas from robust control theory, a rigorous theoretical analysis is given which guarantees that the state estimation error for the filter is bounded, i.e., a measure against filter divergence is obtained. In fact, an ellipsoidal set-valued estimate is obtained which is guaranteed to contain the true target location with an arbitrarily high probability. The algorithm is particularly suited to visual surveillance and tracking applications involving targets moving on a plane.      

稳健估计的自适应信号处理方法

本文把应用数学学科研究的热门方法之一“稳健估计”应用于自适应信号处理系统中，理论分析和计算机模拟结果都证明ＲＥ方法在实际应用中，基本保持了最小二乘估计的优点。     

基于遥感图像的舰船目标检测与参数估计方法

利用遥感图像进行舰船检测与监视的研究和技术开发在海洋遥感领域得到了快速发展,并成为遥感数据重要的海洋应用之一。当海洋遥感图像用于舰船尾迹检测时,就可及时有效地发现和提取舰船目标信息。文中利用光学遥感图像的海面舰船尾迹特征以及相关参数,估测舰船目标的速度与航向。分别通过灰度累积法和Radon变换法两种不同的尾迹长度检测方法,对尾流长度进行了提取,并利用尾流长度特征简单估测了舰船航速与航向。对实验结果和误差进行了分析,并对影响舰船尾流检测的因素进行了讨论。估算结果初步验证了对航速与航向估算方法的有效性     

基于多普勒耦合估计的弹道目标测距方法

反导预警与空间监视雷达通常采用高频段、大脉宽探测远距离目标,此时距离多普勒耦合对于雷达精确测距有较大影响。同时,距离多普勒耦合的准确修正是稳定跟踪目标的必要条件,然而传统的处理方法不能适用于弹道目标等高机动目标的准确处理。本文提出了基于多普勒耦合估计的弹道目标高精度测距方法：首先采用旁路速度-加速度估计方法求解目标的径向速度,对目标测量距离进行距离多普勒耦合修正,再进行IMM-UKF滤波完成目标距离估计。该方法具有以下优势：利用当前帧的测量数据,同时考虑了目标径向加速度对于耦合的影响,提高了距离和速度的估计精度;相比跟踪时增加测速波形的方法,节约了雷达的资源,同时避免了速度测量与航迹误关联的问题;距离和速度的精确估计能够提升航迹关联成功率。仿真实验中与传统的距离多普勒耦合处理方法进行了比较,实验结果显示该方法大幅提高了雷达测距的精度。     

基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测研究

水雷是最古老的海战兵器之一,被公认为最佳非对称武器,二战后近一半舰艇的损失是水雷造成的。 海洋浅水区域因其独特的地理位置和生态环境使得布设于此的水雷成为登陆的最大障碍。战时由于时间紧迫,对 登陆通道清扫需要做到快速、灵活及低伤亡。对此,文中提出了基于无人机平台的浅水水雷快速探测系统,该系统 采用基于瞬变电磁法的电磁感应金属探测技术,探测水雷的金属部件,如撞针、电子单元及控制装置等。然后依次 介绍了瞬变场脉冲金属探测的原理,采用无人机搭载瞬变电磁法仪实现水雷快速探测的技术方案,探测数据通过成 像对目标进行识别的方法。最后选取了国内某甚浅水区域,提前布设水雷及相似目标,进行了相关探测试验,获得 了探测数据,通过数据比对,验证了基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测系统的性能及可行性。