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基于声场干涉结构的双水平阵(元)被动测距

声学学报 2012年第4期37卷 440-447页

作者：余赟惠俊英赵智勇王鲁军海军装备研究院北京100161 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 海军驻宜昌地区军事代表室宜昌443000

为探寻适用于拖曳线列阵声呐的被动测距方法,基于海洋波导的重要特征一低频声场具有稳定可观察的干涉结构,结合波导不变量理论提出了两种被动测距算法。采用双水平阵(元)模型,分别获得各阵(元)的LOFAR图和方位时间历程后,对LOFAR图进行R... 详细信息

为探寻适用于拖曳线列阵声呐的被动测距方法,基于海洋波导的重要特征一低频声场具有稳定可观察的干涉结构,结合波导不变量理论提出了两种被动测距算法。采用双水平阵(元)模型,分别获得各阵(元)的LOFAR图和方位时间历程后,对LOFAR图进行Radorn变换提取干涉条纹的频率时间历程,进而结合各测距算法实现被动测距。并通过仿真研究和定位精度分析,验证了算法的可行性。

关键词：干涉条纹被动测距低频声场结构拖曳线列阵声呐测距算法水时间历程

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三点法被动定位误差分析及修正

兵工学报 2010年第9期31卷 1169-1173页

作者：徐复惠俊英余赟哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

三点定位法是被动测距的经典方法,但在短基线阵条件下,实际测量的结果往往不理想。为了分析各种误差对测距的影响并提高测距精度,通过理论分析和计算机仿真研究了相同假设条件下基阵孔径、目标方位、安装误差和平台摇摆对三点法测距精... 详细信息

三点定位法是被动测距的经典方法,但在短基线阵条件下,实际测量的结果往往不理想。为了分析各种误差对测距的影响并提高测距精度,通过理论分析和计算机仿真研究了相同假设条件下基阵孔径、目标方位、安装误差和平台摇摆对三点法测距精度的影响,并讨论了后两者产生误差的补偿和修正方法。研究结果表明:在时延估计精度不变时,基阵的有效孔径与测距精度成反比的关系;欲将30°≤θ≤150°扇面测距误差控制在10%以下,要求时延测量精度控制在微秒量级;中心阵元安装误差对不同方向目标测距精度的影响亦不相同。误差的补偿和修正方法能提高三点法被动定位的测距精度。

关键词：信息处理技术短基线阵被动测距三点定位法时延差误差安装误差摇摆误差

基于波导不变量的目标运动参数估计及被动测距

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声学学报 2011年第3期36卷 258-264页

作者：余赟惠俊英殷敬伟惠娟王自娟哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室哈尔滨150001

结合波导不变量的概念推导了中近程目标的干涉条纹方程,它表明在浅海声场中此干涉条纹为一族类双曲线。采用Hough变换对LOFAR图和方位-时间历程进行处理,可以估计反映环境信息的波导不变量β、航向角(?)以及最近通过距离和航速比r_0/v... 详细信息

结合波导不变量的概念推导了中近程目标的干涉条纹方程,它表明在浅海声场中此干涉条纹为一族类双曲线。采用Hough变换对LOFAR图和方位-时间历程进行处理,可以估计反映环境信息的波导不变量β、航向角(?)以及最近通过距离和航速比r_0/v。仿真研究和海试数据分析均表明,低频声场确实存在稳定的干涉结构,结合图像处理手段进行参数估计有较高的估计精度。基于双阵元模型可以进行被动测距,仿真研究表明该算法有较高的定位精度和较好的稳健性。

关键词：目标运动参数估计被动测距不变量波导 Hough变换干涉条纹近程目标浅海声场

粒子群优化的门控循环单元网络漂流浮标轨迹预测

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3295-3304页

作者：刘凇佐王虔李磊李慧余赟哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地三亚572024 中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院青岛266580 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001 海军装备研究院北京100161

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性... 详细信息

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性的基于数据驱动的轨迹预测模型。该模型将粒子群优化算法(PSO)与门控循环单元(GRU)结合,使用PSO算法对GRU神经网络的超参数进行初始化,经过多次迁移迭代训练后获得最优漂流浮标轨迹预测模型。最后使用多个北大西洋真实漂流浮标轨迹数据进行验证,结果表明PSOGRU算法能够实现准确的漂流浮标轨迹预测。

关键词：漂流浮标轨迹预测粒子群优化门控循环单元

基于甚低频声干涉结构的目标径向运动速度估计

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兵工学报 2010年第9期31卷 1174-1180页

作者：余赟惠俊英陈凯桑恩方哈尔滨工程大学水声技术国防科技重点实验室 91388部队92分队

为探测安静型潜艇,宜利用其50Hz以下的共振线谱声辐射。采用双水听器声压互谱无功分量和单矢量传感器垂直复声强有功分量2种时空变换获得了线谱声场较简明的干涉结构。以此为物理基础,利用建模或有效深度近似模型预报水平相干距离,并基... 详细信息

为探测安静型潜艇,宜利用其50Hz以下的共振线谱声辐射。采用双水听器声压互谱无功分量和单矢量传感器垂直复声强有功分量2种时空变换获得了线谱声场较简明的干涉结构。以此为物理基础,利用建模或有效深度近似模型预报水平相干距离,并基于干涉结构测量目标渡越一个水平相干距离尺度的时间,实现对目标径向运动速度的估计。仿真研究表明:声速剖面、海底存在吸收和存在剪切波等方面不影响干涉结构的周期变化,验证了甚低频声场稳定的相干性;建模及有效深度近似2种方法均能获得足够精度的径向运动速度估计。

关键词：声学径向速度估计干涉结构甚低频声场矢量场

利用波导不变量进行运动单线阵的无源测距测速

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声学学报 2017年第6期42卷 661-668页

作者：余赟袁延艺刘雄厚海军装备研究院中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室西北工业大学

为克服单线阵难以无源测距、测速的缺点,提出了利用目标辐射低频声场干涉结构和波导不变量的运动单线阵无源测距、测速方法。定义了运动目标的距离距变率比(目标距离与距离变化率的比值),并利用与目标辐射声场的时间-频率干涉结构和波... 详细信息

为克服单线阵难以无源测距、测速的缺点,提出了利用目标辐射低频声场干涉结构和波导不变量的运动单线阵无源测距、测速方法。定义了运动目标的距离距变率比(目标距离与距离变化率的比值),并利用与目标辐射声场的时间-频率干涉结构和波导不变量相关的变量来表征距离距变率比。根据此定义,通过对目标辐射声场的时间-频率干涉结构图进行Radon变换等处理,实现对距离距变率比的估计。利用所估计的距离距变率比,结合平台速度、目标方位角和目标航向角实现对目标距离和速度的同时估计。仿真实验验证了所提方法在测距、测速时的正确性和有效性。结果表明:所提方法在目标航向角较大时有较高的距离、速度估计精度;同时,目标方位估计误差越小,所提方法的距离、速度估计精度越高。

关键词：干涉结构波导不变量无源测距目标方位估计航向角目标距离估计精度

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浅海多途信道中声聚焦与声屏蔽技术研究

浅海多途信道中声聚焦与声屏蔽技术研究

作者：余赟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水声物理、信号处理和海洋环境的紧密结合是声纳技术发展的必然趋势。基于声场的相干性阐述了多途信道中声聚焦与声屏蔽的基本原理,前者是增强基阵对一个局部区域内噪声源的接收响应,是一空间滤波技术,而后者是与前者相对的概念,降低基... 详细信息

水声物理、信号处理和海洋环境的紧密结合是声纳技术发展的必然趋势。基于声场的相干性阐述了多途信道中声聚焦与声屏蔽的基本原理,前者是增强基阵对一个局部区域内噪声源的接收响应,是一空间滤波技术,而后者是与前者相对的概念,降低基阵对某个局部区域内噪声源的接收响应称为声屏蔽,两者均可以通过虚拟时间反转镜实现。声场中的聚焦效应分为两种机理:阵的聚焦和多途信道的聚焦。理想信道中阵的时反聚焦与近场的聚焦波束形成是异曲同工的。利用声场聚焦效应提出的声图测量技术可以实现近场目标的高精度定位和测量辐射噪声源在运动平台及其附近的空间分布图(声图),后者对发展安静型技术及降噪措施效果评估有重要意义,有望应用于舰船的故障诊断,也可以指导先进的被动式鱼雷声白导系统识别目标的要害部位。虚拟时间反转镜声图测量技术可以改善信道的多途效应对声图的污染。仿真与海试研究验证了声图测量技术的可行性与实用性。海试研究表明:在高频段,舰船在近场仍可以看作单亮点点源,双体船双桨同时工作时是双亮点的,说明高频段的亮点部位对应螺旋桨。针对传统的阵处理技术无法分辨同一方向上两个点源并且声聚焦技术无法检测淹没于强干扰中的期望声源,提出了声屏蔽技术。通过将接收的信号与干扰在频域通过一个屏蔽、聚焦权滤波器,在对干扰屏蔽的同时实现对目标的聚焦,该技术可在选定的局部区域内抑制其中的声源产生的相干干扰,从而改善对屏蔽区外目标的探测性能。针对目标尺寸较大,且距离较近,即不能被简化成点源的情况,讨论了两种展宽屏蔽区的方法:矩阵拓展法和递推法,前者简单明了,后者可以减小计算量。通过计算机仿真与水池实验研究分析了影响水平阵声聚焦和声屏蔽技术实现的因素,并验证了原理的正确性,方法的可行性与实用性。

关键词：声聚焦声屏蔽多途信道声图测量强干扰下弱目标检测

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导向向量随机误差修正的稳健波束形成

声学学报 2023年第2期48卷 312-318页

作者：余赟凌青陈阳郭昆虞飞海军研究院北京100161 常州大学微电子与控制工程学院常州213164 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

当导向向量同时存在导向偏差和随机误差引起的畸变时,现有针对导向偏差的稳健波束形成所估计的导向向量偏离真实值。针对该问题,提出了导向向量随机误差修正的稳健波束形成方法。将导向向量分为预定义观察扇面特征子空间内外两部分,通... 详细信息

当导向向量同时存在导向偏差和随机误差引起的畸变时,现有针对导向偏差的稳健波束形成所估计的导向向量偏离真实值。针对该问题,提出了导向向量随机误差修正的稳健波束形成方法。将导向向量分为预定义观察扇面特征子空间内外两部分,通过导向向量估计的稳健波束形成方法估计导向向量在预定义观察扇面特征子空间内的分量,在此基础上进一步增加不确定集约束,对导向向量在预定义观察扇面特征子空间外的分量进行修正,从而提高导向向量的估计精度。理论与仿真研究表明:与针对导向偏差的稳健波束形成相比,在同时存在导向偏差和随机误差的情况下,所提方法输出信干噪比不变,而其导向向量估计精度更高,导向向量波束响应的峰值是目标方位的无偏估计。进一步的海试数据分析表明:所提方法在低信噪比下较已有方法具有更好的稳健性。

关键词：水声阵列稳健波束形成导向向量随机误差导向偏差特征空间正交分解

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基于模态陷获能量比的水面水下目标分辨技术

哈尔滨工程大学学报 2022年第3期43卷 318-324页

作者：余赟刘清宇虞飞殷敬伟海军研究院北京100161 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

水面水下目标分辨是水声领域中迫切需要解决的难点问题。本文利用浅海负跃层水文条件下水面水下目标声场主导模态差异性,通过波束形成空域滤波器设计方法分别估计接收信号中反转模态能量和传播模态能量,根据能量比估计结果实现水面水下... 详细信息

水面水下目标分辨是水声领域中迫切需要解决的难点问题。本文利用浅海负跃层水文条件下水面水下目标声场主导模态差异性,通过波束形成空域滤波器设计方法分别估计接收信号中反转模态能量和传播模态能量,根据能量比估计结果实现水面水下目标分辨。仿真结果表明:当水平接收阵位于跃层内或跃层下时,该方法可以对非正横方位目标进行准确分辨,并且处理频段越宽、基阵孔径越大、临界深度与目标深度差异越大,分辨正确率越高。

关键词：水面水下目标分辨浅海负跃层简正波反射模态反转模态水平阵空域滤波