基于单矢量水听器的多目标方位跟踪研究

作     者：邹朋波 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何传林

授予年度：2024年

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：单矢量水听器 多目标 方位跟踪 层次聚类 粒子滤波 

摘      要：在环境复杂、行船较多的开放海域,传统的目标方位估计很难实现基于单矢量水听器的多目标方位跟踪,存在方位估计不准,甚至方法失效的问题。 本文围绕基于单矢量水听器的多目标方位跟踪问题,旨在探索多目标方位跟踪的有效方法和目标方位轨迹的优化,相关方法进行了海试的数据验证,以推广单矢量水听器在工程中的应用。本文的主要研究工作和结论如下: 1.在分析水下多目标和环境辐射噪声特点的基础上,深入分析了基于单矢量水听器的方位估计方法,总结传统方法的适用场景和不足。对甚低频同振式矢量水听器获得的声压和振速信号进行线谱分析,结果表明,在本次海试获取的数据中,目标线谱占比低于45%,也就是说干扰和重叠线谱的占比高于55%,传统的方位估计方法不再适用。 2.针对传统方位估计方法的局限性,以水下目标线谱的稳定性为出发点,提出一种线谱图叠加处理方法,可以抑制干扰和重叠线谱,目标线谱占比低于50%时,正确提取出有效的目标线谱。进行海试的数据验证,同时和AIS数据作对比,目标1前半段方位轨迹的方位偏差为±10°,目标1后半段方位轨迹的方位偏差为±15°,目标2方位轨迹的方位偏差为±30°,可以有效描述实际船的方位轨迹,实现了水下多目标方位的高效跟踪,证明了该方法的有效性和可行性。 3.通过层次聚类算法将获取的多目标方位数据中的每个目标方位数据提取出来,作为观测数据输入到粒子滤波中以实现多目标方位轨迹的优化,对每个目标的方位角均方根误差进行分析。结果表明对能量较强的目标1前半段方位轨迹,方位角均方根误差优化了1°左右,对能量较弱的目标1后半段方位轨迹,方位角均方根误差优化了6°左右;对能量非常弱的目标2方位轨迹,方位角均方根误差优化了13°左右,说明粒子滤波算法在多目标方位轨迹优化方面是切实可行的。