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基于核空间联合稀疏表示和指数平滑的多基地水下小目标识别

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电子学报 2024年第1期52卷 217-231页

作者：王佳维许枫杨娟中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对多基地水下小目标分类识别问题,本文提出了一种基于核空间联合稀疏表示和指数平滑的多基地水下小目标识别方法 .对水下目标多角度散射信号提取6种典型的具有信息互补性和关联性的特征,提出一种随机森林(Random Forest,RF)和最小冗... 详细信息

针对多基地水下小目标分类识别问题,本文提出了一种基于核空间联合稀疏表示和指数平滑的多基地水下小目标识别方法 .对水下目标多角度散射信号提取6种典型的具有信息互补性和关联性的特征,提出一种随机森林(Random Forest,RF)和最小冗余最大相关(minimum Redundancy and Maximum Relevance,mRMR)相结合的特征选择方法(RF-mRMR),得出综合的特征重要性排序结果 .通过实验得出分类模型所需的最优特征子集,达到降低数据处理复杂度和提高目标分类结果的目的 .为了捕捉到数据中的高阶结构,在联合稀疏表示模型的基础上,使用核函数将线性不可分的特征数据映射到高维核特征空间.为了充分挖掘稀疏重构后包含在残差波段中的有用信息,使用指数平滑公式对具有一定意义的残差信息进行再利用,最后由核特征空间下的最小误差准则判定目标的类别.应用本文提出的方法对4类目标的海试数据进行识别,结果表明,相较于其他7种对比算法,本文提出的改进方法具有更好的分类性能,而且大多数情况下,本文提出的算法在双基地声呐模式下具有比单基地声呐更高的识别准确率和更低的虚警率.

关键词：多基地水下小目标识别多特征融合特征选择核空间联合稀疏表示指数平滑

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声表面驻波局部图案化微操控方法

声学学报 2024年第3期49卷 464-471页

作者：张宇翔刘久玲刘明华游然何世堂中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对目前声表面驻波微操控方法在微流道的完整宽度上形成驻波图案,缺乏实现区域化操控的可行性的问题,量化分析了短脉冲激发的声表面波在声学微操控结构中产生与控制局部微粒图案的方法。通过对单指对叉指换能器机械波形的加式合成,建... 详细信息

针对目前声表面驻波微操控方法在微流道的完整宽度上形成驻波图案,缺乏实现区域化操控的可行性的问题,量化分析了短脉冲激发的声表面波在声学微操控结构中产生与控制局部微粒图案的方法。通过对单指对叉指换能器机械波形的加式合成,建立了短脉冲激励下的波形传播解析模型,结合有限元方法建立立式声表面波微操控器件的全截面仿真模型,研究对激励信号施加脉冲延迟和频率调制时,微操控器件的时均基底位移以及微流道内声场分布的变化规律。为验证理论模型,制作微操控器件进行实验测试。结果表明,通过修改激励信号的相对时延和有效脉冲时间,可以有效地控制声场中生成驻波区域的位置及宽度,二者均呈线性正相关,与理论及仿真结果相符。

关键词：声表面驻波微操控调制短脉冲微粒图案化

基于模型阶数选择准则的稳健杂波边缘检测方法

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 2703-2711页

作者：金禹希吴敏郝程鹏殷超然吴永清闫林杰中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

在雷达目标自适应检测问题当中,辅助数据存在杂波边缘的情况将导致杂波协方差矩阵(CCM)的估计性能出现严重下降,极大地影响目标检测性能。为了解决这一问题,该文提出一种杂波边缘检测方法,能够对辅助数据中杂波边缘数量与位置进行自适... 详细信息

在雷达目标自适应检测问题当中,辅助数据存在杂波边缘的情况将导致杂波协方差矩阵(CCM)的估计性能出现严重下降,极大地影响目标检测性能。为了解决这一问题,该文提出一种杂波边缘检测方法,能够对辅助数据中杂波边缘数量与位置进行自适应判别。首先,假定辅助数据中存在杂波边缘,采用模型阶数选择算法和最大似然估计方法完成杂波参数估计,其中杂波边缘位置由循环搜索方法得到。之后将杂波参数估计结果应用到检测算法中,通过广义似然比检验方法来判断杂波边缘是否存在。此外为了进一步提升算法在小样本条件下的稳健性,引入CCM的特殊结构作为先验知识,将算法推广至CCM为斜对称、谱对称以及中心对称3种结构的情况。仿真及实测数据均表明该文所提算法能够高效地识别雷达辅助数据中的杂波边缘数量和位置,先验知识的引入更能进一步改善算法在辅助数据量较小时的性能。

关键词：自适应雷达检测杂波分类杂波边缘知识辅助

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水声材料声振特性的驻波管测量方法

声学学报 2024年第4期49卷 905-912页

作者：李水易燕莫喜平刘永平何涛佟昊阳杭州应用声学研究所杭州311400 中国科学院声学研究所北京100190

提出了一种基于驻波管的测量方法,以获得水声材料在静水压条件下的声学和振动特性参数。设计了带有气压补偿功能的低频发射换能器,作为驻波管的声源,通过水柱将换能器的平面活塞振动耦合到水面下的被测样品。在被测样品背衬上安装加速度... 详细信息

提出了一种基于驻波管的测量方法,以获得水声材料在静水压条件下的声学和振动特性参数。设计了带有气压补偿功能的低频发射换能器,作为驻波管的声源,通过水柱将换能器的平面活塞振动耦合到水面下的被测样品。在被测样品背衬上安装加速度计,测量样品背面振速;同时在管壁中嵌入一对水听器,测量水柱声压。导出样品声波入射面的振速和声压,进而计算出样品前表面和背衬面之间的振速传递系数(去耦系数)、样品的输入阻抗和声压反射系数。建立低频驻波管测试系统,声管尺寸为内径300 mm、外径600 mm、高3 m,工作频率范围100~1000 Hz,利用水层样品和多层穿孔橡胶样品开展了实验研究。实验结果显示,测量数据与仿真计算数据吻合较好,验证了测量方法的有效性。

关键词：水声材料声振特性驻波管测量方法

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利用低声速沉积层反射特性线性反演地声参数

声学学报 2024年第3期49卷 480-491页

作者：黎章龙胡长青赵梅杨雪峰中国科学院声学研究所东海研究站上海201815 中国科学院大学北京100049

为提高反演效率和降低地声参数耦合,提出一种线性反演低声速沉积层地声参数的方法。从类线性声速剖面的两层海底平面波反射系数出发,分析了全透射角及全透射角下最大反射损失、干涉条纹等反射特性与各相关地声参数的关系,并构建了相应... 详细信息

为提高反演效率和降低地声参数耦合,提出一种线性反演低声速沉积层地声参数的方法。从类线性声速剖面的两层海底平面波反射系数出发,分析了全透射角及全透射角下最大反射损失、干涉条纹等反射特性与各相关地声参数的关系,并构建了相应的代价函数。结合敏感性分析和分步反演策略,分步反演了低声速沉积层地声参数。该方法适用于低声速沉积层声速梯度恒定的情况。利用新英格兰泥地实验部分海底反射损失数据进行了实验验证。实验反演结果与相关跨维反演结果基本一致,反演误差分别为声速比0.1%,密度比0.3%,吸收系数14.6%,声速梯度为15.8%。反演效果显示,该方法一定程度上规避了部分地声参数间的耦合,且可给出决定类线性声速剖面形状的幂次项的最佳估计。

关键词：沉积层声速剖面地声参数线性反演

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海峡海域海洋环境噪声三维空间特性分析

声学学报 2024年第4期49卷 814-823页

作者：单元春林建恒衣雪娟江鹏飞孙军平李娜中国科学院声学研究所北海研究站青岛266114 中国科学院水声环境特性重点实验室(声学研究所) 北京100190

研究了与其他海底海域有显著差异的海峡海域的环境噪声特性。假设海洋环境噪声源均匀分布于接收阵上方海面的圆形范围内,利用考虑声线水平折射的3D射线声传播理论,仿真计算了V字型海峡地形下环境噪声的高频与低频特性,分析了不同方位角... 详细信息

研究了与其他海底海域有显著差异的海峡海域的环境噪声特性。假设海洋环境噪声源均匀分布于接收阵上方海面的圆形范围内,利用考虑声线水平折射的3D射线声传播理论,仿真计算了V字型海峡地形下环境噪声的高频与低频特性,分析了不同方位角内海洋环境噪声空间特性。研究发现,海峡海底会影响水平方向的声传播过程,使声能量在一定程度上会聚。当接收阵位于海峡海底正上方位置时,来自海面的噪声随着接收深度的增加向海峡中心位置会聚,并且在某些深度形成水平会聚区。对于由海面噪声源辐射到达声道轴深度的声能量,海峡的存在使声能量沿海峡传播时不会从海峡内部泄漏,而声能量跨越海峡传播时其损失也较小。

关键词：海洋环境噪声海峡地形三维声场垂直指向性

低信噪比下基于多元变分模态分解的水下蛙人特征提取

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声学学报 2024年第2期49卷 318-326页

作者：王仪许枫杨娟中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组... 详细信息

为提高低信噪比下对蛙人辐射噪声的提取能力,提出了一种矢量多通道信号的水下蛙人辐射噪声特征提取方法。首先针对矢量多通道信号使用多元变分模态分解,得到固有模态函数。然后选取能量最高的模态函数组作为研究对象,计算该模态函数组互谱后的加权排列熵。最后提取加权排列熵频谱的蛙人特征量。海试结果表明,本方法可在无需先验信息情况下,提取由矢量水听器采集的蛙人信号特征,在检测率为80%的情况下抗噪能力较传统算法提升了10 dB。

关键词：蛙人特征提取多元变分模态分解加权排列熵低信噪比

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基于频率滤波张量鲁棒主成分分析的混响抑制

声学学报 2024年第4期49卷 743-752页

作者：肖雄蔚许枫杨娟中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

提出了一种混响抑制方法用于提高有源声呐对水下运动小目标的探测能力。根据固定部署的有源声呐多帧波束形成数据之间相关性强的特点,使用频率滤波张量核范数对混响的低秩性进行建模,并使用交替方向乘子法将声呐数据分解为包含稳态混响... 详细信息

提出了一种混响抑制方法用于提高有源声呐对水下运动小目标的探测能力。根据固定部署的有源声呐多帧波束形成数据之间相关性强的特点,使用频率滤波张量核范数对混响的低秩性进行建模,并使用交替方向乘子法将声呐数据分解为包含稳态混响的低秩张量和包含动目标的稀疏张量。对于稀疏张量中存在的混响起伏干扰,进一步提出利用动目标回波与混响起伏在加权时空密度上的差异抑制混响。通过实测浅海混响数据验证了所提方法的有效性,结果表明该方法能够有效抑制稳态混响和混响起伏,提高有源声呐的小目标探测能力。

关键词：混响抑制张量分解低秩稀疏分解目标探测频率滤波

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针对全海深载人潜水器的超短基线定位校正

机器人 2024年第3期46卷 351-360页

作者：熊长静杨波汪伟刘烨瑶李欣国潘锋中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室北京100190 中国科学院大学北京101408

针对全海深载人潜水器定位中,多基元超短基线定位系统中水听器安装偏差导致的定位精度下降问题,提出了一种定位校正方法。从超短基线定位的基本原理出发,分析基元在x、y方向的安装偏差对定位结果解算的影响,来提高超短基线定位精度。利... 详细信息

针对全海深载人潜水器定位中,多基元超短基线定位系统中水听器安装偏差导致的定位精度下降问题,提出了一种定位校正方法。从超短基线定位的基本原理出发,分析基元在x、y方向的安装偏差对定位结果解算的影响,来提高超短基线定位精度。利用上述分析结果,提出相位校正与Toeplitz校正相结合的校正方法,从而提高定位精度。通过仿真和实验证明,本文算法操作简单、易于实现、效果显著,有效提高了定位精度。

关键词：超短基线定位波达方向估计算法总体最小二乘-旋转不变子空间算法 Toeplitz校正相位校正