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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

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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

Estimation of single hydrophone target motion parameter based on cepstrum analysis

Wang Yan, Zou Nan, Fu Jin, Liang Guo-Long
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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.
    Based on the multipath structure of shallow water ray acoustics, a new robust high-precision motion parameter estimation method using single hydrophone was proposed. Aiming at uniform linear motion target, colligating multipath delay difference and kinematic geometric relation, we have constructed a tridimensional multipath delay model. Then nonlinear time map can be obtained from motion parameters to delay difference, and the cepstrum expression of typical underwater acoustic channel can be studied. The delay difference is extracted from it, and the extraction strategy is put forward. Differential evolution algorithm is used to estimate motion parameters, and the robustness can be improved. Theoretical and simulation results show that the time resolution of cepstrum is not restricted by the bandwidth of signals, which depends mainly on the type of signals and the signal to noise ratio. The cepstrum of CW is not sensitive to Doppler effect. The precision of parameter estimation depends mainly on the accuracy of time delay estimation and the amount of information attached to the differential evolution algorithm. When the information includes recent data points, parameter estimation can be better. Pool test results further verify the correctness and validity of this method.
    • 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.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51279043, 61201411, 51209059, 51009042), the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2013AA09A503), the Foundation of Science and Technology on Underwater Acoustic Laboratory, China (Grant No. 9140C200203110C2003), and the Program for University Young Core of Disciplines from Heilongjiang Province, China (Grant No. 1253G019).
    [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

    [3]

    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

    [6]

    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

    [8]

    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]

    [9]

    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

    [18]

    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]

    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

    [3]

    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

    [6]

    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

    [8]

    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]

    [9]

    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

    [18]

    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] 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
    [2] 郭力仁, 胡以华, 董骁, 李敏乐. 运动目标激光微多普勒效应平动补偿和微动参数估计. 物理学报, 2018, 67(15): 150701. doi: 10.7498/aps.67.20172754
    [3] 李倩倩, 阳凡林, 张凯, 郑炳祥. 不确定海洋环境中基于贝叶斯理论的声源运动参数估计方法. 物理学报, 2016, 65(16): 164304. doi: 10.7498/aps.65.164304
    [4] 皮少华, 王冰洁, 赵栋, 贾波. 分布式光纤Sagnac干涉仪中基于倒谱的多分辨率入侵定位算法. 物理学报, 2016, 65(4): 044210. doi: 10.7498/aps.65.044210
    [5] 吴量, 陈方, 黄重阳, 丁国辉, 丁义明. 基于改进非线性拟合的核磁共振T2谱多指数反演. 物理学报, 2016, 65(10): 107601. doi: 10.7498/aps.65.107601
    [6] 谢宇, 赵春霞, 张浩峰, 颜雪军, 陈得宝. 基于混合交叉差分进化的相机空间操控系统参数优化. 物理学报, 2015, 64(2): 020701. doi: 10.7498/aps.64.020701
    [7] 王柳, 何文平, 万仕全, 廖乐健, 何涛. 混沌系统中参数估计的演化建模方法. 物理学报, 2014, 63(1): 019203. doi: 10.7498/aps.63.019203
    [8] 林剑, 许力. 基于混合生物地理优化的混沌系统参数估计. 物理学报, 2013, 62(3): 030505. doi: 10.7498/aps.62.030505
    [9] 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
    [10] 龙文, 焦建军. 基于混合交叉进化算法的混沌系统参数估计. 物理学报, 2012, 61(11): 110507. doi: 10.7498/aps.61.110507
    [11] 张文专, 龙文, 焦建军. 基于差分进化算法的混沌时间序列预测模型参数组合优化. 物理学报, 2012, 61(22): 220506. doi: 10.7498/aps.61.220506
    [12] 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
    [13] 曹小群, 宋君强, 张卫民, 赵军, 张理论. 基于变分方法的混沌系统参数估计. 物理学报, 2011, 60(7): 070511. doi: 10.7498/aps.60.070511
    [14] 张永进, 汪忠志. 一类分时冗余系统的累伤可靠性模型及其参数估计. 物理学报, 2009, 58(9): 6074-6079. doi: 10.7498/aps.58.6074
    [15] 陈 争, 曾以成, 付志坚. 混沌背景中信号参数估计的新方法. 物理学报, 2008, 57(1): 46-50. doi: 10.7498/aps.57.46
    [16] 王钧炎, 黄德先. 基于混合差分进化算法的混沌系统参数估计. 物理学报, 2008, 57(5): 2755-2760. doi: 10.7498/aps.57.2755
    [17] 潘克家, 陈 华, 谭永基. 基于差分进化算法的核磁共振T2谱多指数反演. 物理学报, 2008, 57(9): 5956-5961. doi: 10.7498/aps.57.5956
    [18] 李丽香, 彭海朋, 杨义先, 王向东. 基于混沌蚂蚁群算法的Lorenz混沌系统的参数估计. 物理学报, 2007, 56(1): 51-55. doi: 10.7498/aps.56.51
    [19] 贾飞蕾, 徐 伟, 都 林. 参数未知的不同阶数混沌系统广义同步及参数估计. 物理学报, 2007, 56(10): 5640-5647. doi: 10.7498/aps.56.5640
    [20] 高 飞, 童恒庆. 基于改进粒子群优化算法的混沌系统参数估计方法. 物理学报, 2006, 55(2): 577-582. doi: 10.7498/aps.55.577
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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

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