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基于倒谱分析的单水听器目标运动参数估计

王燕 邹男 付进 梁国龙

基于倒谱分析的单水听器目标运动参数估计

王燕, 邹男, 付进, 梁国龙
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  • 基于浅海射线声学多途结构,提出了一种具有高稳健性、高精度的单水听器目标运动参估计方法. 针对匀速直线运动目标,综合多途时延差和运动学几何关系,构建了目标三维多途时延模型,进而获得目标运动参数与多途时延差的非线性时间映射. 研究了典型水声信道的倒谱表达式,提出了利用倒谱提取多途时延差的策略. 采用差分进化综合优化手段估计目标运动参数,提高了算法的稳健性. 理论及仿真结果表明,倒谱的时间分辨率不受信号带宽的限制,而主要取决于信号类型和信噪比;CW信号的倒谱对多普勒不敏感;参数估计精度主要取决于时延差估计精度和参与差分进化运算的信息量,当包含有最近点信息时参数估计性能较好. 水池实验结果进一步验证了方法的正确性和有效性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51279043,61201411,51209059,51009042)、国家高技术研究发展计划(863计划)(批准号:2013AA09A503)、水声技术国家重点实验室基金(批准号:9140C200203110C2003)和黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划(批准号:1253G019)资助的课题.
    [1]

    Jun J Z, Antonia P S, Bertrand G, Cornel I 2009 Signal Processing 57 2973

    [2]

    Haspert K, Tuley M 2011 Aerospace and Electronic Systems 47 1696

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    Lo K W, Perry S W, Ferguson B G 2002 IEEE Transactions on Aerospace and Electonic Systems 38 137

    [4]

    Wu G Q 2004 Acta Acoust 29 364 (in Chinese) [吴国清 2004 声学学报 29 364]

    [5]

    Lo K W, Ferguson B G, Gao Y J, Alain M 2003 Aerospace and Electronic Systems 39 259

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    Yang D G, Lin B, Wang Z T, Lian X M 2012 Acta Phys. Sin. 61 54306 (in Chinese) [杨殿阁, 李兵, 王子腾, 连小珉 2012 物理学报 61 54306]

    [7]

    Aboulnasr H, Sergiy A V, Alex B G 2012 Signal Processing 60 2354

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    Shi J, Yang D S, Shi S G 2011 Acta Phys. Sin. 60 64301 (in Chinese) [时洁, 杨德森, 时胜国 2011 物理学报 60 64301]

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    Kushibiki J, Zou W, Zhang D 2006 Chin. Phys. Lett. 23 2807

    [10]

    Ferguson B G, Lo K W, Thuraisingham R A 2005 Oceanic Engineering 30 327

    [11]

    Donald G C, David P S, Robert C K 1977 Proceedings of the IEEE 65 1428

    [12]

    Raffaele P, Flavia C, Michele S, Aurelio U 2012 Signal Processing Lett. 19 99

    [13]

    Wang J J, Wang D C, Fan J, Cai P, Hu J 2012Acta Armamentarii 33 1131 (in Chinese) [王晋晋, 王大成, 范军, 蔡平, 胡军 2012 兵工学报 33 1131]

    [14]

    Wang L, Qian B 2012 Hybrid Differential Evolution and Scheduling Algorithm (Beijing: Tsinghua University Press) p1 (in Chinese) [王凌, 钱斌 2012 混合差分进化与调度算法(北京: 清华大学出版社) 第1页]

    [15]

    Sotiroudis S P, Goudos S K, Gotsis K A, Siakavara K, Sahalos J N 2013 Antennas and Wireless Propagation Lett. 12 364

    [16]

    Huang D X, Wang J Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 2755 (in Chinese) [黄德先, 王钧炎 2008 物理学报 57 2755]

    [17]

    Coelho L D S, Mariani V C, Ferreiradaluz M V, Leite J V 2013 Magnetics 49 2121

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    Zhang W Z, Long W, Jiao J J 2012 Acta Phys. Sin. 61 220506 (in Chinese) [张文专, 龙文, 焦建军 2012 物理学报 61 220506]

    [19]

    Chen H, Tan Y J, Pan K J 2008 Acta Phys. Sin. 57 5956 (in Chinese) [陈华, 谭永基, 潘克家 2008 物理学报 57 5956]

    [20]

    Liu J 2011 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Engineering University) (in Chinese) [刘佳 2011 博士学位论文(哈尔滨: 哈尔滨工程大学)]

  • [1]

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    [2]

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    [18] 王开, 裴文江, 张毅峰, 周思源, 邵硕. 基于符号向量动力学的耦合映像格子参数估计. 物理学报, 2011, 60(7): 070502. doi: 10.7498/aps.60.070502
    [19] 曹保锋, 李鹏, 李小强, 张雪芹, 宁王师, 梁睿, 李欣, 胡淼, 郑毅. 基于强耦合Duffing振子的微弱脉冲信号检测与参数估计. 物理学报, 2019, 68(8): 080501. doi: 10.7498/aps.68.20181856
    [20] 宋君强, 曹小群, 张卫民, 朱小谦. 厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中参数估计的变分方法. 物理学报, 2012, 61(11): 110401. doi: 10.7498/aps.61.110401
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-17
  • 修回日期:  2013-09-09
  • 刊出日期:  2014-02-05

基于倒谱分析的单水听器目标运动参数估计

  • 1. 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室, 哈尔滨 150001
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51279043,61201411,51209059,51009042)、国家高技术研究发展计划(863计划)(批准号:2013AA09A503)、水声技术国家重点实验室基金(批准号:9140C200203110C2003)和黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划(批准号:1253G019)资助的课题.

摘要: 基于浅海射线声学多途结构,提出了一种具有高稳健性、高精度的单水听器目标运动参估计方法. 针对匀速直线运动目标,综合多途时延差和运动学几何关系,构建了目标三维多途时延模型,进而获得目标运动参数与多途时延差的非线性时间映射. 研究了典型水声信道的倒谱表达式,提出了利用倒谱提取多途时延差的策略. 采用差分进化综合优化手段估计目标运动参数,提高了算法的稳健性. 理论及仿真结果表明,倒谱的时间分辨率不受信号带宽的限制,而主要取决于信号类型和信噪比;CW信号的倒谱对多普勒不敏感;参数估计精度主要取决于时延差估计精度和参与差分进化运算的信息量,当包含有最近点信息时参数估计性能较好. 水池实验结果进一步验证了方法的正确性和有效性.

English Abstract

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