相关测速声呐底混响时空相关函数与载体俯仰角的关系

由于载体在运动过程中存在姿态的变化,不考虑载体姿态的理论相关函数会影响相关声呐的测速精确度。考虑载体俯仰角对发射信号海底照射区域的影响,引入不同权重的多阶贝塞尔函数,得到改进后的理论相关函数。同时,根据相关测速声呐发射参数,给出了基于FOM模型的海底回波仿真。仿真结果表明,改进的理论相关函数将相关声呐的测速误差降至1%以下。载体的俯仰角对时空相关函数产生影响。考虑载体俯仰角的理论相关函数更贴近实际情况,与仿真结果的相关系数吻合的较好,能够更加准确的估计载体速度。     

载体姿态对海底混响时空相关特性的影响

讨论了载体姿态对海底混响时空相关特性的影响.考虑载体姿态对相关声呐信号发射的影响,推导理论时空相关函数,得到了时空相关特性与载体姿态之间的关系:载体在某一方向上的摇动越大,在该方向上的相关系数下降越快.将理论推导与仿真结果进行比较,发现在海底不存在大尺度起伏、表面粗糙度各向同性的情况下,二者的时空相关函数吻合得较好。实际海底通常具有大尺度起伏和各向异性的粗糙度,时空相关函数的形状不能由载体姿态和海底大尺度起伏完全确定,但海试数据证明了二者的联合影响。此外,讨论了载体姿态对载体垂向速度测量的影响。     

基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法

为实现从单站光测图像中估计出已知3D模型的空间目标姿态,利用Vega Prime提出了一种采用仿真图像进行相关度局部最优搜索的姿态估计方法,该方法无需建立2D-3D特征投影关系和大量的模型匹配库。首先,对输入图像进行图像预处理,获得目标原始图像。然后,利用Vega Prime加载目标3D模型生成仿真匹配图像,并进行图像预处理获得目标匹配图像,计算两幅图像相关度。最后,更新3D目标模型姿态,直至仿真匹配图像与目标原始图像的相关度值取得局部最优,输出目标模型姿态。仿真实验结果表明,采用本文所提方法的观测仿真图像姿态平均估计误差为3.85°,仿真原图可实现姿态准确估计,表明该方法是一种空间目标姿态估计的有效方法。     

基于光度观测的空间目标姿态与角速度估计

基于目标形状反射以及太阳、地球和空间目标三者的运动关系建立了空间目标的光度量测模型,分析了姿态角、角速度和目标形状对光度观测数据的影响。建立了目标姿态角与角速度的运动学模型,实现了对姿态和角速度的联合估计,并探讨了算法的自适应估计能力。仿真结果表明,该光度观测方案可实现未知姿态角与自旋角速度的估计,姿态角和角速度缓慢变化时算法具备自适应估计能力,但随着目标侧面数的增加,姿态和角速度估计误差增大且算法收敛速度变慢。     

非均匀混响统计建模与功率估计

针对非均匀混响中进行恒虚警(CFAR)检测所需的背景功率估计问题,通过对非均匀混响进行统计建模分析,提出一种非均匀混响功率自适应估计方法。所提方法基于排序统计、功率分类等处理,对混响数据服从的统计模型进行判别,根据均匀混响、参杂强干扰混响、混响边缘等具有不同特性的混响成分,选择不同的处理方式进行功率估计。进一步将所提出的混响功率估计方法应用于CFAR检测中,获得一种新的CFAR检测器。仿真和实测混响数据的处理结果表明,提出的混响功率估计方法可以对强干扰和混响边缘等非均匀混响背景进行有效判别和功率估计,提出的CFAR检测器有效提高了非均匀混响背景中的目标检测性能。     

激光雷达地面目标姿态估计

激光雷达距离像能表征目标的几何结构,而同一目标不同姿态的距离图像差别较大,因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像,目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示,在贝叶斯估计框架下,用跳扩散过程从后验密度中取样,以希尔伯特-施密特范数作为误差特性,对目标姿态进行估计,并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究,利用Grenander的模式理论,在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析,表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。     

激光雷达地面目标姿态估计

激光雷达距离像能表征目标的几何结构,而同一目标不同姿态的距离图像差别较大,因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像,目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示,在贝叶斯估计框架下,用跳扩散过程从后验密度中取样,以希尔伯特-施密特范数作为误差特性,对目标姿态进行估计,并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究,利用Grenander的模式理论,在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析,表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。     

头相关传输函数空间对称性的分析

提出了分析头相关传输函数空间对称性的方法。利用对KEMAR人工头/躯干系统和真人受试者进行测量得到的头相关传输函数,分析了生理结构对头相关传输函数空间对称性的影响。结果表明,在5 kHz至6 kHz以上的频率,耳廓破坏了头相关传输函数的前后对称性;而受耳道入口位置的影响,真人受试者的头相关传输函数在2.5 kHz以上的频率就开始出现前后不对称。另一方面,在中、低频的情况下,头相关传输函数近似左右对称,然而随着频率的升高,生理外形在细微结构上的左右差异将导致头相关传输函数的左右不对称。这种左右不对称的起始频率和程度存在个体差异。上述分析可以反映出头相关传输函数空间对称性的规律和现有双耳听觉模型的适用范围。     

散射场的空间-时间相关函数

本文提出了一种寻求散射体羣的散射场的统计性质的方法.该法要点在于运用随机时变网络理论及排队论中关于随机事件流的理论.借助于此法,本文建立了散射场的空间-时间相关函数的表示式.与其他作者已建立的公式相较,该式计及一系列常为实际问题所不容忽略的因素,例如诸散射体的随机变速运动及其间的统计关联,传播媒质的非均匀性(包括分层非均匀性)、吸收及色散,以及诸散射体性质的相异性等等,并且对发射信号、辐射方向性、散射体羣的空间分布及散射系数等等的函数形式均未给予任何限制.     

采用混响杂波比估计的有源声呐波形杂波抑制性能评价方法

浅海混响中由礁石等强散射体引起的杂波会导致有源声呐虚警、检测性能降低,合理的波形设计可有效抑制此类杂波。虽然使用多普勒敏感波形或减小波形多普勒容限已被证明能够有效抑制杂波,然而只有对当前波形的杂波抑制性能进行量化评价,才能判断当前波形的杂波抑制效果优劣,进而帮助决策是否需调整发射波形,而目前尚缺乏波形杂波抑制性能评价方法的提出。首先通过建模阐述了波形抑制杂波的原理,然后针对波形抑制杂波的性能评价问题,提出了采用混合分布统计模型对混响进行拟合及杂波比估计的方法,最后,通过湖试实验验证了该方法能够有效评价波形的杂波抑制性能。提出的方法利用混响统计特征的参数估计来反映和评价当前波形的性能,对波形体制选择和参数设计具有指导意义。     

Method for vessel attitude estimation by spatial correlation function for bottom reverberation

Under the assumption that the sea bottom is an almost-flat and randomly rough thin layer, a spatial correlation model for bottom reverberation is constructed. At high signal noise ratio, the phase of the spatial correlation function is the product of sound wave number and the vertical vector between two hydrophones. In a nominally horizontal plane, roll and pitch bring on the vertical vector between the hydrophones. Then an equation including roll, pitch and the phase of the spatial correlation function is found. If a parallelogram can be constructed by 3 hydrophones and the rat ios of its acreage to diagonals are not smaller than half of the wavelength, roll and pitch can be obtained analytically or by optimal method. However, the ranges of roll and pitch are restricted because of the phase ambiguity. Using Fisher information matrix, the Cramer-Rao lower bound is obtained. Results from computer simulation and sea test data prove the feasibility of the method.     

The influence of vessel attitude on spatial-temporal correlation of sea-bottom reverberation

The influence of vessel attitude on spatial-temporal correlation of sea-bottom reverberation is discussed. The theoretical correlation function is deduced in consideration of the attitude of vessel. The relationship of the spatial-temporal correlation and the vessel attitude is obtained: The greater the sway of the vessel on some direction is, the faster the correlation coefficient decreases on the direction. The theoretical correlation function agrees well with the simulation result when sea-bottom has no large-scale relief but has isotropic roughness. The actual sea-bottom usually has large-scale relief and anisotropic roughness, so the vessel attitude and the large-scale relief cannot determine the shape of the correlation function, but trial data has proved their combined influence. In addition, the influence of the vessel attitude on the measurement of vertical velocity is discussed.     

Method of coupled mode for long-range bottom reverberation

The theory of coupled mode is used for modeling the long-range bottom reverberation in shallow water caused by bottom roughness. The distant bottom reverberation level and spatial coherence of impulsive source are both derived. The results agree with those from the classical reverberation model, and are compared with the experimental data. The influence of source bandwidth and the distance between sources and receivers on the intensity of bottom reverberation are particularly discussed. The method is shown to be available for both the monoand the bi-static cases.     

浅海混响的垂直相关和海底反射损失与散射强度的反演

根据浅海混响射线简正波理论和可分离的海底散射模型,导出了混响垂直相关的表达式,理论研究和实验结果表明垂直相关与接收深度有关,与声源深度无关。提出一种利用混响强度衰减曲线与混响垂直相关曲线联合反演海底反射损失和海底散射强度的方法。数值模拟反演及对实验数据的反演表明:所提出的反演方法具有实验简便、反演速度比较快及反演的结果比较稳定等特点。     

噪声修正的混响反演海底反射系数幅值参数

利用一种噪声修正方法解决低混噪比条件下混响数据反演海底反射系数幅值参数偏差的问题。将全波动混响理论中的混响非相干平均强度,叠加海洋环境噪声平均强度,获得包含噪声的混响平均强度理论,分析背景噪声平均强度对反演海底反射系数幅值参数的影响。数值仿真表明,背景噪声平均强度的叠加使得混响平均强度衰减趋势减缓,导致海底反射系数幅值参数反演结果偏小,混响噪声比越低,影响越明显。提出一种噪声平均强度相减的修正方法,对混响噪声比为[0,6] dB的混响平均强度数据进行修正,利用修正后的混响数据反演得到偏差较小的海底反射系数幅值参数。对比浅海混响实验数据衰减至不同混噪比时反演所得海底反射系数幅值参数,以及经噪声修正后的反演结果,验证了本文提出方法的可行性。     

基于信道传播理论的多基地远程海底混响研究

针对浅海多基地远程海底混响, 以声传播的线性信道近似理论为基础, 通过确定海底界面的不均匀起伏特性, 对入射声波的远距离异地混响脉冲响应函数进行求解. 对非水平分层介质的浅海波导, 利用绝热简正波求解信道的传输函数, 得出了小角度斜坡海底的远程海底混响强度, 以下坡海底为例, 分析对比了不同海底倾角斜坡海底对远程异地混响强度及其衰减规律的影响. 理论仿真表明, 波导的传输效应对多基地远程海底混响强度的影响不可忽略.     

由浅海混响反演海底反射和散射系数

对于分层浅海,当海底散射是形成混响的主要散射源时收发合置混响的平均强度可由一简洁的简正波表式计算,它依赖于平面波的海底反射和散射系数。利用随机反演理论(高斯一马尔可夫原理)和多次选代的方法可以由混响强度反演得到对应于各号简正波掠角的海底反射和散射系数。对负跃层浅海作了混响反演的数值模拟,得到较好的结果。文中讨论了提高反演精度和选代收敛性的问题。