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利用近场法向声能流调控远场低频线谱噪声的自适应控制方法

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声学学报 2024年第1期49卷 89-103页

作者：张雪松商德江肖妍哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

针对水下结构远场低频辐射噪声的控制问题,提出了基于水下结构近场法向声能流的噪声自适应控制方法。该方法以结构近场的法向声能流作为控制物理量,利用有源控制系统自适应调节次级声源,抑制结构法向方向上的能量传播,实现远场低频辐射... 详细信息

针对水下结构远场低频辐射噪声的控制问题,提出了基于水下结构近场法向声能流的噪声自适应控制方法。该方法以结构近场的法向声能流作为控制物理量,利用有源控制系统自适应调节次级声源,抑制结构法向方向上的能量传播,实现远场低频辐射噪声控制。以圆柱壳为模型的试验结果表明,在1000~3000 Hz的频段内,相比于传统的以近场声压作为控制物理量的有源控制方法,能流法能够在保证总辐射声功率不升高的前提下,实现远场周向52.8%~76.3%区域内的噪声控制,且频率越低,降噪范围越广。

关键词：噪声控制水下结构低频线谱噪声有源自适应控制

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突发脉冲干扰下的白鲸哨声端点检测方法

声学学报 2024年第3期49卷 550-559页

作者：赵翌博乔钢刘凇佐青昕李磊哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

针对圈养条件下大量突发脉冲干扰影响白鲸哨声检测的问题,提出了一种可调Q因子小波变换(TQWT)结合自适应谱聚类的无监督哨声信号检测方法。对原始信号做高Q因子的小波分解,并以平均小波系数作为检验统计量完成哨声端点粗检测,排除静默... 详细信息

针对圈养条件下大量突发脉冲干扰影响白鲸哨声检测的问题,提出了一种可调Q因子小波变换(TQWT)结合自适应谱聚类的无监督哨声信号检测方法。对原始信号做高Q因子的小波分解,并以平均小波系数作为检验统计量完成哨声端点粗检测,排除静默时间段与低强度脉冲干扰;在此基础上使用局部密度自适应谱聚类进一步区分哨声与强脉冲干扰,完成白鲸哨声检测。使用实采的白鲸信号测试该检测器性能并计算其F_(1)分数。该检测器在两段测试信号下分别获得了0.9487和0.9429的F_(1)分数,且在大数据量情况下明显优于由k-means聚类或传统谱聚类构成的检测器,具有更高的鲁棒性。

关键词：白鲸哨声信号脉冲干扰可调Q因子小波变换谱聚类

主特征向量加权的声矢量圆阵波束域多重信号分类测向方法

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声学学报 2024年第1期49卷 49-57页

作者：徐付佳张旭朱晓春时胜国朱中锐哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

为降低声矢量圆阵方位估计方法的计算复杂度,避免声压振速联合处理需选取观测方向的问题,提出了一种主特征向量加权的声矢量圆阵波束域多重信号分类(MUSIC)测向方法。在信号总功率与噪声功率之比最大的优化准则下,求解得到单矢量传感器... 详细信息

为降低声矢量圆阵方位估计方法的计算复杂度,避免声压振速联合处理需选取观测方向的问题,提出了一种主特征向量加权的声矢量圆阵波束域多重信号分类(MUSIC)测向方法。在信号总功率与噪声功率之比最大的优化准则下,求解得到单矢量传感器最优的加权向量,即主特征向量。结合主特征向量设计相应的波束形成矩阵,并从理论上对声矢量圆阵阵元域和波束域MUSIC的目标方位估计方差进行比较。推导了单矢量传感器的大特征值和信号功率、大特征值对应的特征向量和其导向向量之间的关系。通过仿真实验验证了基于主特征向量波束形成矩阵的有效性,所提方法具有较低的计算复杂度和良好的方位估计性能。水池实验数据分析表明,所提方法能够准确估计目标方位。

关键词：声矢量圆阵波束域主特征向量观测方向方位估计

一种适用于半互质阵的高精度波达方向估计方法

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3228-3237页

作者：梁国龙滕远鑫王晋晋付进哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学)工业和信息化部哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2... 详细信息

在半互质阵列(SCA)下,经典波达方向估计(DoA)算法在面对邻近相干信源时估计性能退化。为了解决该问题,该文提出一种适用于半互质阵列的高精度波达方向估计方法。首先,将半互质阵划分为3个均匀线阵并利用常规波束形成算法对子阵1、子阵2和子阵3的阵列输出信号进行处理;然后,对子阵3的输出信号进行加权后与子阵1,2的输出信号加和构建和波束,利用子阵1与子阵2的输出信号做差构建差波束;最后,将上述和差波束做差得到最终输出信号,计算最终信号的功率得到方位谱。该方法基于半互质阵列特点构建和差波束,充分利用了3个子阵的重叠阵元实现估计精度的提高。通过仿真和湖上实测数据验证表明,该方法可以适用于半互质阵列实现波达方向估计,并且在面对邻近相干信源时其波达方向估计性能优于最小方差无失真估计算法(MVDR)和最小处理算法(MP)。

关键词：波达方向估计半互质阵列邻近相干信源波束形成

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单站水下方位频率机动目标运动分析方法

声学学报 2024年第4期49卷 683-695页

作者：孙大军张艺翱滕婷婷胡哲健哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

水下方位频率机动目标运动分析常需已知中心频率先验信息且存在机动检测错误等,因此提出了一种基于方位与多线谱信息融合的自适应无迹卡尔曼滤波算法。该算法将方位与多线谱频率信息融合处理,重新构建了方位−多线谱目标运动分析模型。... 详细信息

水下方位频率机动目标运动分析常需已知中心频率先验信息且存在机动检测错误等,因此提出了一种基于方位与多线谱信息融合的自适应无迹卡尔曼滤波算法。该算法将方位与多线谱频率信息融合处理,重新构建了方位−多线谱目标运动分析模型。将中心频率信息引入状态向量中构建实时迭代估计,同时引入了自适应时变渐消因子,实时调整过程噪声协方差矩阵使其适应机动目标。仿真与海试数据处理结果表明,所提方法的机动目标运动分析性能最优,其目标运动分析结果能以最快的速度逼近克拉美罗下界。

关键词：目标运动分析多线谱信息融合机动目标跟踪无迹卡尔曼滤波渐消因子

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无源声呐水下多目标融合跟踪方法

声学学报 2024年第3期49卷 501-512页

作者：梁国龙张博宇齐滨郝宇杜致尧李想哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

针对海洋环境噪声导致弱目标在不同子频带检测结果差异较大,致使以全频带探测结果为输入的跟踪算法出现性能退化的问题,提出一种子带融合跟踪方法。该方法利用改进的高斯混合概率假设密度滤波器对各频率子带输出的方位估计结果进行跟踪... 详细信息

针对海洋环境噪声导致弱目标在不同子频带检测结果差异较大,致使以全频带探测结果为输入的跟踪算法出现性能退化的问题,提出一种子带融合跟踪方法。该方法利用改进的高斯混合概率假设密度滤波器对各频率子带输出的方位估计结果进行跟踪,并采用广义协方差交集准则对子带跟踪结果进行融合,以获得综合各子带信息的跟踪结果。仿真结果表明,所提方法可以提高弱目标在各子带信噪比不均衡情况下的跟踪能力,且运算时间与对比方法较为接近。海试数据处理结果进一步验证了所提方法的有效性。

关键词：无源声呐广义协方差交集高斯混合概率假设密度滤波器子带融合跟踪

柱形障板条件下声矢量圆阵相位模态域目标方位估计

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声学学报 2024年第2期49卷 274-285页

作者：朱晓春朱中锐张旭时胜国哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

提出了基于横向、纵向和对角排列的声压振速联合处理协方差矩阵构造的相位模态域最小方差无畸变响应(MVDR)目标方位估计方法。该方法利用弹性柱障散射声场模型,根据声矢量圆阵相位模态变换理论,构造声压与不同振速分量的互协方差矩阵,... 详细信息

提出了基于横向、纵向和对角排列的声压振速联合处理协方差矩阵构造的相位模态域最小方差无畸变响应(MVDR)目标方位估计方法。该方法利用弹性柱障散射声场模型,根据声矢量圆阵相位模态变换理论,构造声压与不同振速分量的互协方差矩阵,并进行相加、纵向、横向和对角排列得到扩展互协方差矩阵,将扩展互协方差矩阵分解重构后进行MVDR目标方位估计。理论分析与仿真结果表明,纵向排列互协方差矩阵具有更好的方位估计性能,相加互协方差矩阵具有较低的背景谱,对角和横向排列相对纵向排列较差。水池试验和湖试结果进一步验证了纵向排列互协方差矩阵具有较其他3种方法更好的方位估计性能。

关键词：声矢量圆阵柱障相位模态域声压振速联合处理波达方位估计

联合稀疏自适应滤波的水声通信双向迭代均衡算法

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声学学报 2024年第5期49卷 1041-1050页

作者：刘璐郑睿哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

针对具有稀疏性的水声信道,提出了一种参数自适应调整稀疏迭代最小二乘自适应算法。通过联合优化遗忘因子和稀疏约束参数,实现不同结构特性稀疏信道的自适应匹配,使均衡算法更快地收敛到稳态;针对常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈... 详细信息

针对具有稀疏性的水声信道,提出了一种参数自适应调整稀疏迭代最小二乘自适应算法。通过联合优化遗忘因子和稀疏约束参数,实现不同结构特性稀疏信道的自适应匹配,使均衡算法更快地收敛到稳态;针对常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器存在误差传递的问题,设计了一种稀疏自适应迭代最小二乘算法与双向迭代Turbo判决反馈均衡器相结合的均衡器结构,改善了常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器误差传递的问题,提高了在稀疏水声信道条件中自适应均衡器的收敛速度和均衡性能。仿真和试验数据结果表明,在稀疏水声信道中,基于参数自适应调整稀疏迭代最小二乘算法的双向Turbo均衡算法具有更快的收敛性能、更低的误比特率和更好的均衡效果。

关键词：信道均衡稀疏性 Turbo 接收机双向均衡

模型误差条件下声矢量圆阵多重信号分类测向改进算法

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声学学报 2024年第3期49卷 533-549页

作者：张旭朱晓春徐付佳时胜国哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨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

针对非正规协方差矩阵引起声矢量圆阵多重信号分类(MUSIC)测向算法性能恶化的问题,提出了一种基于奇异值分解的声压振速联合处理MUSIC改进算法。理论分析了阵列响应误差和噪声模型误差对协方差矩阵的正规性及估计性能的影响。模型误差... 详细信息

针对非正规协方差矩阵引起声矢量圆阵多重信号分类(MUSIC)测向算法性能恶化的问题,提出了一种基于奇异值分解的声压振速联合处理MUSIC改进算法。理论分析了阵列响应误差和噪声模型误差对协方差矩阵的正规性及估计性能的影响。模型误差条件下声矢量阵声压振速联合处理的协方差矩阵不再是正规矩阵,改进的MUSIC方法通过对声压振速联合处理的协方差矩阵进行奇异值分解,利用非正规矩阵的左、右奇异向量自身正交的特性,采用奇异向量张成噪声子空间。数值仿真结果表明,改进的MUSIC方法改善了波达方向估计精度和多目标分辨能力,且具有更低、更平坦的空间背景谱。湖上试验进一步验证了改进的MUSIC方法的有效性。

关键词：声矢量传感器均匀圆阵协方差矩阵奇异值分解