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波束域特征融合的浅海水平阵目标方位估计

声学学报 2024年第5期49卷 939-955页

作者：王珍珠王文博李赫任群言郭圣明中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对实际海洋环境影响下水平阵目标方位估计性能降低的问题,提出了一种基于水平阵波束域特征融合的卷积神经网络方位估计方法。首先建立数据计算仿真模型用于生成数据集,利用常规波束形成和最小方差无失真响应两种波束形成器得到波束域... 详细信息

针对实际海洋环境影响下水平阵目标方位估计性能降低的问题,提出了一种基于水平阵波束域特征融合的卷积神经网络方位估计方法。首先建立数据计算仿真模型用于生成数据集,利用常规波束形成和最小方差无失真响应两种波束形成器得到波束域特征数据。然后,利用两种波束域特征数据分别训练卷积神经网络模型,仿真和海试数据均表明,训练后的卷积神经网络模型方位估计精度优于常规波束形成、最小方差无失真响应和匹配波束处理,尤其是在端射方向性能提升明显。最后,将两种波束域特征进行前端特征融合后再训练卷积神经网络模型,海试数据测试结果表明,特征融合后的卷积神经网络模型方位估计性能进一步提升,在5°误差范围内的可靠测向概率比单一特征卷积神经网络估计结果高约4%,均方根误差降低约0.2°。

关键词：卷积神经网络水平阵波达方向估计波束域特征融合

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波束域下利用角度散布特征抑制宽带混响

声学学报 2018年第5期43卷 738-744页

作者：李璇马晓川郝程鹏鄢社锋中国科学院声学研究所北京1000190 中国科学院大学北京1000190

通过研究宽带信号的信源空间展宽特征,提出了一种宽带波束域的混响抑制方法。在有效观测角度范围内,进行密集的波束形成,将数据从阵元域转换至波束域,通过与蒙特卡洛积分得到的参考值比较,得到角度散布指数ADI。信混比越大,ADI越小。因... 详细信息

通过研究宽带信号的信源空间展宽特征,提出了一种宽带波束域的混响抑制方法。在有效观测角度范围内,进行密集的波束形成,将数据从阵元域转换至波束域,通过与蒙特卡洛积分得到的参考值比较,得到角度散布指数ADI。信混比越大,ADI越小。因此,设定合适的ADI阈值,去除高ADI值的成分,目标回波能够从混响背景下分离出来。该滤波器兼容于声呐现有的波束形成和信号检测流程,并且计算复杂度低。通过仿真分析了ADI与频率、带宽、信混比的关系。湖海试数据的处理结果表明了该方法能够抑制混响,并且ADI滤波器阈值选取具有容错性。

关键词：宽带信号特征抑制波束域混响散布 ADI值利用波束形成

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波束域加权子空间拟合算法

声学学报 2000年第2期25卷 142-145页

作者：杨益新孙超西北工业大学声学工程研究所西安710072

将阵元域高分辨加权子空间拟合算法（ＷＳＦ算法）推广到了波束域中，利用声系统接收基阵波束输出信息估计目标方位．由于波束输出可以看作是，一个阵元数为波束个数的虚拟阵的阵元输出，而在大多数的水声系统中，参与确定某个来向的信... 详细信息

将阵元域高分辨加权子空间拟合算法（ＷＳＦ算法）推广到了波束域中，利用声系统接收基阵波束输出信息估计目标方位．由于波束输出可以看作是，一个阵元数为波束个数的虚拟阵的阵元输出，而在大多数的水声系统中，参与确定某个来向的信号方位的波束数通常远小于阵元数，从而算法的运算量得以大大降低。针对某水声系统接收基阵波束输出所作的计算机仿真结果表明，波束域ＷＳＦ算法应用到实际的水声系统时，可以保持其在阵元域中估计目标方位的优越性能。

关键词：波束域 WSF算法水声系统

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一种恒定束宽波束域加权子空间谱估计新方法

西北工业大学学报 2005年第1期23卷 19-22页

作者：冯西安黄建国西北工业大学航海学院陕西西安710072

恒定束宽波束域噪声是空间相关的非白噪声 ,这给宽带波束域高分辨方位估计方法的性能带来影响。在分析恒定束宽波束域噪声特性的基础上 ,提出了一种恒定束宽波束域加权子空间谱估计新方法 ,该方法综合应用宽带波束域协方差矩阵的特征值... 详细信息

恒定束宽波束域噪声是空间相关的非白噪声 ,这给宽带波束域高分辨方位估计方法的性能带来影响。在分析恒定束宽波束域噪声特性的基础上 ,提出了一种恒定束宽波束域加权子空间谱估计新方法 ,该方法综合应用宽带波束域协方差矩阵的特征值和特征向量正确地表示了波束域噪声子空间 ,有效地抑制了宽带波束域相关、非白噪声的影响 ,改善了宽带波束域高分辨方位估计方法的性能。计算机仿真验证了新方法的有效性 ,分辨概率曲线和均方误差曲线表明 ,新方法的分辨门限比只使用协方差矩阵特征向量的宽带波束域 MUSIC方法下降超过 1 d B。

关键词：方位估计高分辨宽带波束域

基于阵列误差校正的波束域方位估计算法实验研究

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西北工业大学学报 2007年第2期25卷 220-224页

作者：陈亚林卓颉马远良杨益新西北工业大学航海学院陕西西安710072

针对阵列误差的存在会导致波束域高分辨方位估计算法性能下降的问题,给出了一种基于阵列误差校正的波束域处理方法。该方法利用单个校正源,根据实际测量数据,在获取基阵实测阵列流形的基础上,实现了对阵列误差的校正,进而利用波束域MUSI... 详细信息

针对阵列误差的存在会导致波束域高分辨方位估计算法性能下降的问题,给出了一种基于阵列误差校正的波束域处理方法。该方法利用单个校正源,根据实际测量数据,在获取基阵实测阵列流形的基础上,实现了对阵列误差的校正,进而利用波束域MUSIC算法估计出信号的方位。实验结果验证了基于实测阵列流形的阵列误差校正方法可以有效增强波束域高分辨算法对阵列误差的稳健性。

关键词：阵列误差校正波束域方位估计实验研究

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基于四阶累积量的波束域MUSIC方法

西北工业大学学报 2009年第5期27卷 684-687页

作者：杜金香冯西安西北工业大学航海学院陕西西安710072

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差。基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大。为了解决这一矛盾,文章提出了一种基于四阶累积量的波束域MUSIC方法。仿真分析和实验结果表明,与阵元域... 详细信息

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差。基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大。为了解决这一矛盾,文章提出了一种基于四阶累积量的波束域MUSIC方法。仿真分析和实验结果表明,与阵元域四阶累积量MUSIC方法相比,论文所提方法降低了分辨门限,减小了估计偏差和均方根误差,同时减小了运算量。

关键词：四阶累积量波束域 MUSIC算法方位估计

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低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

系统工程与电子技术 2008年第1期30卷 24-27页

作者：冯杰杨益新孙超西北工业大学声学工程研究所陕西西安710072

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带... 详细信息

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。

关键词：低频共形基阵波束域二阶锥规划恒定束宽高分辨DOA估计

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浅海运动目标波束域波导不变量测距方法研究

声学学报 2015年第6期40卷 789-798页

作者：王朋郑胜家黄勇刘纪元中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

波导不变量是描述海洋波导环境声信号水平距离与频率干涉结构现象的特征参量。运动目标波导不变量测距方法需要已知目标速度值,运动目标速度一般是未知的。针对这一问题,本文提出了一种利用水平线阵估计目标运动速度的浅海波导不变量测... 详细信息

波导不变量是描述海洋波导环境声信号水平距离与频率干涉结构现象的特征参量。运动目标波导不变量测距方法需要已知目标速度值,运动目标速度一般是未知的。针对这一问题,本文提出了一种利用水平线阵估计目标运动速度的浅海波导不变量测距方法。该方法通过不同时刻波束域声信号互谱分析进行声源速度估计,结合HOUGH变换提取的LOFAR图斜率和波导不变量进行运动目标测距。仿真结果表明,该方法能够有效的进行运动目标的距离估计。利用2013年7月浅海实验数据,该方法估计出了发射船的距离,并与GPS测量的距离进行对比,相对误差小于10%。

关键词：运动目标测距方法不变量波束域波导浅海 HOUGH变换水平距离

基于波束域信息的SINS/DVL组合导航算法

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中国惯性技术学报 2021年第2期29卷 164-170页

作者：马小艳陆明泉张辉张吉先清华大学电子工程系北京100084 北京自动化控制设备研究所北京100074 陆军装备部驻北京地区军事代表室北京100074

针对水下环境影响导致DVL回波个数小于4,常规惯性/DVL组合导航无法进行,对DVL的回波信息利用不充分的问题,提出了一种基于波束域信息的SINS/DVL组合导航方法。直接将DVL测量的波束域信息与惯导系统速度转化得到的频移差值作为观测量,考... 详细信息

针对水下环境影响导致DVL回波个数小于4,常规惯性/DVL组合导航无法进行,对DVL的回波信息利用不充分的问题,提出了一种基于波束域信息的SINS/DVL组合导航方法。直接将DVL测量的波束域信息与惯导系统速度转化得到的频移差值作为观测量,考虑惯导以及DVL的多项误差,建立基于频移观测量的卡尔曼滤波模型,实现对惯导系统误差和DVL误差估计与修正。数学仿真及试验结果表明:所提方法与基于速度匹配的算法相比,组合导航定位精度提高30%以上,多普勒信息的利用率以及对水下复杂环境的适应性均有显著提升。

关键词：惯性导航多普勒频移波束域组合导航 DVL