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多站联合观测非合作目标的定位批号关联算法

声学学报 2024年第5期49卷 1005-1018页

作者：梁国龙李硕邹男李想李宇昂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 青岛海纳水下信息技术有限公司青岛266400

在多站联合对非合作多目标进行定位场景中,提出了一种批号关联算法。该方法利用模糊数学理论描述已关联集和待关联量测中方位信息、连续谱特征信息和线谱特征信息之间的模糊隶属度,构建综合模糊关系矩阵进行二维关联,通过设置隶属度门... 详细信息

在多站联合对非合作多目标进行定位场景中,提出了一种批号关联算法。该方法利用模糊数学理论描述已关联集和待关联量测中方位信息、连续谱特征信息和线谱特征信息之间的模糊隶属度,构建综合模糊关系矩阵进行二维关联,通过设置隶属度门限消除低隶属度关联的影响。仿真结果表明,所提算法克服了传统算法在目标增多关联成功率下降的问题,在一定的漏报虚警时关联结果召回率可达到0.8以上,关联结果精度也保持在较高水平。仿真结果及试验数据均验证了该方法在复杂水下环境中较好的目标关联定位性能。

关键词：目标关联特征信息多站联合观测非合作目标模糊隶属度函数

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浅海粗糙海底声散射建模及声场特性

物理学报 2024年第3期73卷 126-133页

作者：汪磊黄益旺郭霖任超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 中国科学院声学研究所东海研究站上海201815

声散射是海洋声学的重要内容,海底表面的不平整性形成的声散射是海洋中引起声传播起伏的原因之一.针对海底表面粗糙度声散射问题,建立了水平分层浅海波导中海底散射声场模型.该模型将简正波理论与Lambert定律相结合.基于该模型获得了散... 详细信息

声散射是海洋声学的重要内容,海底表面的不平整性形成的声散射是海洋中引起声传播起伏的原因之一.针对海底表面粗糙度声散射问题,建立了水平分层浅海波导中海底散射声场模型.该模型将简正波理论与Lambert定律相结合.基于该模型获得了散射声场声压的振幅与相位的统计分布,并数值模拟了海底散射声场的强度及其空间相关系数,实现了粗糙界面条件下海底散射声场预报,揭示了散射声场空间特性随海底粗糙度的变化规律.结果表明,使用Lambert定律描述粗糙界面声散射时,在海底粗糙度小于波长情况下,随着空间距离的增大,空间两个不同位置的散射声场的空间相关系数具有周期性振荡衰减的变化规律,并且在垂直方向上,振荡周期更大,衰减更慢.当粗糙度增大时,水平和垂直相关系数振荡幅度逐渐增大,水平相关系数振荡周期数逐渐减少,在接收点逐渐靠近海底时,垂直相关系数不再发生衰减,这是海底声散射减弱的结果.本文模型理论亦可推广到粗糙海面的声散射建模中.对于非水平海底情况,采用耦合简正波或绝热简正波理论进行声传播建模,可以得到距离有关波导中粗糙界面的散射声场.

关键词：海底声散射简正波 Lambert定律空间相关

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联合多传感器的水下多目标无源声学定位

声学学报 2024年第1期49卷 16-27页

作者：李想王燕齐滨郝宇梁国龙张涵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 青岛海纳水下信息技术有限公司青岛266400

在多传感器无源声学定位问题中,不同传感器接收的来自同一目标的信号均对应于此目标位置,依据这一物理基础,提出了一种基于粒子滤波的无源声学定位方法,以有效融合多传感器数据,进而提高定位性能。该方法将粒子滤波中的似然函数定义为... 详细信息

在多传感器无源声学定位问题中,不同传感器接收的来自同一目标的信号均对应于此目标位置,依据这一物理基础,提出了一种基于粒子滤波的无源声学定位方法,以有效融合多传感器数据,进而提高定位性能。该方法将粒子滤波中的似然函数定义为粒子状态所对应不同传感器信号之间互相关输出的乘积。该似然函数的设计确保所提方法可以充分获取多传感器的处理增益。此外,所提方法摆脱了传统定位范式,因此可以规避传统定位范式必须面对的测量−跟踪关联问题。湖上试验表明,在强多途干扰的条件下,传统定位方法的平均定位误差为7.2 m,而所提方法的平均定位误差为1.2 m,具有更好的性能。

关键词：粒子滤波检测前跟踪无源声学定位互相关

基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号多维参数估计

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兵工学报 2024年第2期45卷 454-465页

作者：王哲睿王燕王逸林梁国龙哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学海洋信息获取与安全工信部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号... 详细信息

针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号在时频域分布的差异,通过迭代去噪法与连通域方法,对噪声进行抑制并平滑每跳的能量分布;采用复声强法对短时互谱矩阵进行处理,得到清晰稳定的跳频信号空时频分布;提取空时频分布的脊线并利用Haar小波变换对脊线进行奇异点检测,估计出信号的多维参数。仿真和水池试验结果表明,当信噪比大于-5 dB时,所提方法得到的参数估计归一化均方根误差小于0.05。

关键词：单矢量水听器时频声强法空时频分布多维参数估计跳频信号

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脉冲干扰下基于变分贝叶斯推断的水声正交频分复用联合估计方法

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声学学报 2024年第5期49卷 1051-1060页

作者：葛威焦桦坤佟文涛生雪莉韩笑哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 教育部极地海洋声学与技术应用教育部重点实验室(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 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布... 详细信息

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布进行拟合,基于导频子载波迭代直至收敛,得到信道和脉冲干扰的最大后验估计。所提方法改进了基于稀疏贝叶斯学习的干扰、信道联合估计方法中信道和干扰构成的联合向量无法分离二者稀疏度的问题,并且显著降低了计算复杂度。在此基础上,进一步提出了基于变分贝叶斯推断的干扰、信道和符号联合估计方法,将未知符号融入变分贝叶斯推断框架,与干扰和信道一起迭代,最终得到更精确的符号估计。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,与现有方法相比,本文所提方法具有更低的误码率和复杂度。

关键词：正交频分复用脉冲干扰变分贝叶斯推断稀疏贝叶斯学习联合估计

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一种基于组合子阵协方差矩阵的阵列扩展方法

兵工学报 2024年第5期45卷 1717-1724页

作者：梁国龙罗钧戈郝宇付进哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室黑龙江哈尔滨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)工业和信息化部黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对阵列在低信噪比条件下信号检测概率低且方位估计性能下降的问题,提出一种基于组合子阵协方差矩阵的线列阵扩展方法。该方法将阵列划分为奇偶子阵,根据子阵的互协方差与自协方差矩阵构建扩展接收数据,对扩展接收数据进行组合作为最... 详细信息

针对阵列在低信噪比条件下信号检测概率低且方位估计性能下降的问题,提出一种基于组合子阵协方差矩阵的线列阵扩展方法。该方法将阵列划分为奇偶子阵,根据子阵的互协方差与自协方差矩阵构建扩展接收数据,对扩展接收数据进行组合作为最终的阵列接收数据进行处理,由此在突破阵列物理孔径的基础上避免仅使用奇偶阵元互协方差重构接收数据时产生的栅瓣问题。仿真结果表明:新方法可以降低波束输出的旁瓣,具有较好的弱目标检测能力和方位分辨力;相比于基于奇偶阵元互协方差的阵列扩展方法,新方法可有效提升方位估计精度,且不存在栅瓣问题。

关键词：阵列扩展弱目标检测波达方向估计栅瓣协方差矩阵

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高灵敏度低频振速梯度水听器设计

中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 399-405页

作者：马鑫张维洪连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业和信息化部重点实验室(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 宜昌测试技术研究所宜昌443003

目前振速梯度水听器存在灵敏度低、频带窄等缺点,限制其在工程上的应用。为解决以上问题,基于电化学换能原理,采用电极微机械加工工艺,设计了一种电化学换能振子,并制成高灵敏度、低频振速梯度水听器。所设计的电化学振子振速灵敏度达到... 详细信息

目前振速梯度水听器存在灵敏度低、频带窄等缺点,限制其在工程上的应用。为解决以上问题,基于电化学换能原理,采用电极微机械加工工艺,设计了一种电化学换能振子,并制成高灵敏度、低频振速梯度水听器。所设计的电化学振子振速灵敏度达到2500 V/(m/s),较动圈振子的振速灵敏度提高了19 dB,工作频带由20 Hz~200 Hz扩展到5 Hz~400 Hz,表明其具备更高的灵敏度和更宽的工作频带。振速梯度水听器在100 Hz~400 Hz频段内进行校准,结果显示纯偏导通道x和y方向的灵敏度以及混合偏导通道的灵敏度均满足每倍频程6 dB增长规律,且分别具有偶极子指向性和四极子指向性。纯偏导通道和混合偏导通道的灵敏度和指向性的测试值与理论值基本一致。

关键词：振速梯度水听器电化学振子灵敏度

基于排序码本的水声自适应OFDM通信中信道状态信息反馈研究

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2095-2103页

作者：刘凇佐韩雪马璐徐金颉杨洋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 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地三亚572024

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信... 详细信息

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信息分组排序拟合反馈算法(CSI-GSFF),包括分组、排序、数据拟合3个步骤。该算法首先将相邻导频子载波分组,以组为反馈单元;然后对各组内的导频子载波按照信道增益值进行排序,以减轻水声信道频响快衰落造成的反馈开销大等不利影响;最后进行多项式拟合,排序操作有效地降低了拟合阶数。通过实测海试时变信道数据仿真,结果表明,该文提出的信道状态信息反馈算法能够基本达到完美信道状态信息情形下的水声自适应OFDM通信系统误码率性能,同时可以有效地减少反馈开销。

关键词：水声通信正交频分复用自适应调制信道状态信息有限反馈

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非高斯噪声背景下的目标辐射线谱自适应增强方法

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声学学报 2024年第5期49卷 927-938页

作者：王燕上官佩熙郝宇 †刘旭妍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 中国舰船研究设计中心武汉430064

针对非高斯噪声背景下因噪声二阶矩发散导致常规自适应线谱增强方法的权值迭代不收敛,无法有效增强水下目标辐射线谱信噪比的问题,提出了基于最大相关熵准则的自适应线谱增强方法。该方法基于窄带线谱信号和宽带非高斯噪声在广义时间相... 详细信息

针对非高斯噪声背景下因噪声二阶矩发散导致常规自适应线谱增强方法的权值迭代不收敛,无法有效增强水下目标辐射线谱信噪比的问题,提出了基于最大相关熵准则的自适应线谱增强方法。该方法基于窄带线谱信号和宽带非高斯噪声在广义时间相关半径上的差异,采用参考信号与输出信号的相关熵作为惩罚函数进行自适应滤波器权值的迭代优化,有效提升了目标辐射线谱的输出信噪比。仿真结果表明,该方法能够实现在非高斯噪声背景下对线谱信号的有效增强,相比于基于奇异谱分析和基于香农熵的两种非高斯噪声背景适配的线谱增强方法,在低信噪比条件下该方法可将信噪比增益分别提升12 dB和5 dB。海试数据处理结果也验证了所提方法的可行性和可靠性。

关键词：无源目标探测自适应线谱增强非高斯噪声广义时间相关半径最大相关熵准则