搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于频带分解和距离加权的单矢量水听器浅海被动测距方法研究

朱良明 李风华 孙梅 陈德胜

引用本文:
Citation:

基于频带分解和距离加权的单矢量水听器浅海被动测距方法研究

朱良明, 李风华, 孙梅, 陈德胜

Source ranging based on frequency band decomposition and distance weighting using a single acoustic vector sensor in shallow water

Zhu Liang-Ming, Li Feng-Hua, Sun Mei, Chen De-Sheng
PDF
导出引用
  • 本文针对浅海环境下中低频宽带脉冲声源被动测距问题, 提出了一种声压和水平振速联合处理的被动测距方法. 在浅海波导中, 声压和质点振速的自相关函数卷绕(warping)谱具有稳定的频率特征. 声压和水平振速的自相关卷绕谱具有相同的准线谱特征, 垂直振速自相关卷绕谱具有宽谱叠加线谱的特征, 与声压自相关卷绕谱相比, 其尖峰个数比更多, 且尖峰宽度更宽. 利用引导源, 本文提出了基于频带分解和距离加权的声压和水平振速联合被动测距方法. 利用该方法对2008年冬季青岛海域综合实验中单矢量水听器接收的气枪信号进行处理, 结果表明, 该方法能够实现气枪声源的有效测距. 与传统单声压水听器被动测距方法相比, 该方法可以有效减小代价函数的主瓣宽度、提高测距精度.
    A novel method is proposed for the passive source range estimation based on union processing of pressure and particle horizontal velocity. Autocorrelation functions’ warping spectra of pressure and particle velocities have frequency invariability. The spectra of the warped autocorrelation functions of pressure and particle horizontal velocity have the same line spectrum feature, while the spectrum of the warped autocorrelation function of particle vertical velocity possesses both line and broadband spectrum features. Moreover, the warped autocorrelation function’s spectrum of particle vertical velocity has more peaks, and the peak width is broader than those of pressure and particle horizontal velocity. In this paper, source ranges are estimated based on frequency band decomposition and distance weighting, and a guided source with a known range is employed to provide the crucial frequency invariant features. Experimental data in shallow water with an iso-speed profile are used to verify the approach which can reasonably estimate source ranges with the relative errors of the source ranging basically less than 7%. This method can effectively reduce the mainlobe width and background level of the cost function, and can significantly improve the resolution of source range estimation, compared with the results of conventional source ranging approach that uses a single pressure hydrophone.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11125420)和山东省博士基金(批准号: BS2012HZ015) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11125420), and the Doctoral Fund of Shandong Province, China (Grant No. BS2012HZ015).
    [1]

    Thode A M, Kuperman W A, D’Spain G L, Hodgkiss W S 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278

    [2]

    Gao D Z, Wang N, Wang H Z 2010 J. Comput. Acoust. 18 245

    [3]

    Zhao Z D, Wang N, Gao D Z 2010 Chin. Phys. Lett. 27 064301

    [4]

    Paulo F, Orlando R, Paulo S, Emanuel E, Sergio M J 2013 Sensors 13 8856

    [5]

    Thode A M 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278

    [6]

    Touze G L, Nicolas B, Mars J I, Lacoume J 2009 IEEE Trans. Signal Processing 57 1783

    [7]

    Niu H Q, Zhang R H, Li Z L 2014 Sci. China-Phys. Mech. Astron. 57 424

    [8]

    Niu H Q, Zhang R H, Li Z L 2014 J. Acoust. Soc. Am. 136 53

    [9]

    Qi Y B, Zhou S H, Zhang R H, Zhang B, Ren Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 044303 (in Chinese) [戚聿波, 周士弘, 张仁和, 张波, 任云 2014 物理学报 63 044303]

    [10]

    Bonnel J, Gervaise C, Roux P, Nicolas B, Mars J I 2011 J. Acoust. Soc. Am. 130 61

    [11]

    Bonnel J, Gervaise C, Nicolas B, Mars J I 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 1191

    [12]

    Bonnel J, Dosso S E, Chapman N 2013 J. Acoust. Soc. Am. 134 120

    [13]

    Niu H Q, ZHang R H, Li Z L, Guo Y G, He L 2013 Chin. Phys. Lett. 30 084301

    [14]

    Zhou S H, Qi Y B, Ren Y 2014 Sci. China-Phys. Mech. Astron. 57 225

    [15]

    Lopatka M, Touze G L, Nicolas B, Cristol X, Mars J I, Fattaccioli D 2010 EURASIP Journal on Advanced Signal Processing 2010 304103

    [16]

    Qi Y B, Zhou S H, Zhang R H, Ren Y 2015 J. Comput. Acoust. 23 1550003

    [17]

    Zhou S H, Qi Y B, Ren Y, He L 2013 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 43 68 (in Chinese) [周士弘, 牛海强, 任云, 何利 2013 中国科学:物理学 力学 天文学 43 68]

    [18]

    Zhang R H, Li F H 1999 Science in China (Series A) 29 241 (in Chinese) [张仁和, 李风华 1999 中国科学(A辑) 29 241]

  • [1]

    Thode A M, Kuperman W A, D’Spain G L, Hodgkiss W S 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278

    [2]

    Gao D Z, Wang N, Wang H Z 2010 J. Comput. Acoust. 18 245

    [3]

    Zhao Z D, Wang N, Gao D Z 2010 Chin. Phys. Lett. 27 064301

    [4]

    Paulo F, Orlando R, Paulo S, Emanuel E, Sergio M J 2013 Sensors 13 8856

    [5]

    Thode A M 2000 J. Acoust. Soc. Am. 107 278

    [6]

    Touze G L, Nicolas B, Mars J I, Lacoume J 2009 IEEE Trans. Signal Processing 57 1783

    [7]

    Niu H Q, Zhang R H, Li Z L 2014 Sci. China-Phys. Mech. Astron. 57 424

    [8]

    Niu H Q, Zhang R H, Li Z L 2014 J. Acoust. Soc. Am. 136 53

    [9]

    Qi Y B, Zhou S H, Zhang R H, Zhang B, Ren Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 044303 (in Chinese) [戚聿波, 周士弘, 张仁和, 张波, 任云 2014 物理学报 63 044303]

    [10]

    Bonnel J, Gervaise C, Roux P, Nicolas B, Mars J I 2011 J. Acoust. Soc. Am. 130 61

    [11]

    Bonnel J, Gervaise C, Nicolas B, Mars J I 2012 J. Acoust. Soc. Am. 131 1191

    [12]

    Bonnel J, Dosso S E, Chapman N 2013 J. Acoust. Soc. Am. 134 120

    [13]

    Niu H Q, ZHang R H, Li Z L, Guo Y G, He L 2013 Chin. Phys. Lett. 30 084301

    [14]

    Zhou S H, Qi Y B, Ren Y 2014 Sci. China-Phys. Mech. Astron. 57 225

    [15]

    Lopatka M, Touze G L, Nicolas B, Cristol X, Mars J I, Fattaccioli D 2010 EURASIP Journal on Advanced Signal Processing 2010 304103

    [16]

    Qi Y B, Zhou S H, Zhang R H, Ren Y 2015 J. Comput. Acoust. 23 1550003

    [17]

    Zhou S H, Qi Y B, Ren Y, He L 2013 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 43 68 (in Chinese) [周士弘, 牛海强, 任云, 何利 2013 中国科学:物理学 力学 天文学 43 68]

    [18]

    Zhang R H, Li F H 1999 Science in China (Series A) 29 241 (in Chinese) [张仁和, 李风华 1999 中国科学(A辑) 29 241]

  • [1] 吴琛怡, 汪琳莉, 施皓天, 王煜蓉, 潘海峰, 李召辉, 吴光. 百微米精度的单光子测距. 物理学报, 2021, 70(17): 174201. doi: 10.7498/aps.70.20210184
    [2] 罗仕龙, 龚凯, 唐朝生, 周靖. 加权网络中基于冗余边过滤的k-核分解排序算法. 物理学报, 2017, 66(18): 188902. doi: 10.7498/aps.66.188902
    [3] 李晓曼, 张明辉, 张海刚, 朴胜春, 刘亚琴, 周建波. 一种基于模态匹配的浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距方法. 物理学报, 2017, 66(9): 094302. doi: 10.7498/aps.66.094302
    [4] 李晓曼, 朴胜春, 张明辉, 刘亚琴, 周建波. 一种基于单水听器的浅海水下声源被动测距方法. 物理学报, 2017, 66(18): 184301. doi: 10.7498/aps.66.184301
    [5] 范虹, 韦文瑾, 朱艳春. 基于二维集合经验模式分解的距离正则化水平集磁共振图像分割. 物理学报, 2016, 65(16): 168701. doi: 10.7498/aps.65.168701
    [6] 孙梅, 周士弘, 李整林. 基于矢量水听器的深海直达波区域声传播特性及其应用. 物理学报, 2016, 65(9): 094302. doi: 10.7498/aps.65.094302
    [7] 张森, 陶旭, 冯志军, 吴淦华, 薛莉, 闫夏超, 张蜡宝, 贾小氢, 王治中, 孙俊, 董光焰, 康琳, 吴培亨. 超导单光子探测器暗计数对激光测距距离的影响. 物理学报, 2016, 65(18): 188501. doi: 10.7498/aps.65.188501
    [8] 王冬, 郭良浩, 刘建军, 戚聿波. 一种基于warping变换的浅海脉冲声源被动测距方法. 物理学报, 2016, 65(10): 104302. doi: 10.7498/aps.65.104302
    [9] 戚聿波, 周士弘, 张仁和, 任云. 一种基于β-warping变换算子的被动声源距离估计方法. 物理学报, 2015, 64(7): 074301. doi: 10.7498/aps.64.074301
    [10] 张同伟, 杨坤德, 马远良, 汪勇. 一种基于单水听器宽带信号自相关函数的水下目标定位稳健方法. 物理学报, 2015, 64(2): 024303. doi: 10.7498/aps.64.024303
    [11] 时胜国, 于树华, 时洁, 马根卯. 矢量拖线阵水听器流噪声响应特性. 物理学报, 2015, 64(15): 154306. doi: 10.7498/aps.64.154306
    [12] 张瑜, 刘秉琦, 闫宗群, 华文深, 李刚. 背景辐射对被动测距精度影响分析及实验研究. 物理学报, 2015, 64(3): 034216. doi: 10.7498/aps.64.034216
    [13] 戚聿波, 周士弘, 张仁和, 张波, 任云. 水平变化浅海声波导中模态特征频率与声源距离被动估计. 物理学报, 2014, 63(4): 044303. doi: 10.7498/aps.63.044303
    [14] 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. 物理学报, 2014, 63(3): 034302. doi: 10.7498/aps.63.034302
    [15] 王瑞燕, 袁萍, 岑建勇, 王雪娟, 王杰. 闪电通道温度诊断中观测距离的影响. 物理学报, 2014, 63(9): 099203. doi: 10.7498/aps.63.099203
    [16] 郝本建, 李赞, 万鹏武, 司江勃. 传感器网络基于特征值分解的信号被动定位技术. 物理学报, 2014, 63(5): 054304. doi: 10.7498/aps.63.054304
    [17] 李焜, 方世良, 安良. 基于频散特征的单水听器模式特征提取及距离深度估计研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094303. doi: 10.7498/aps.62.094303
    [18] 安永泉, 李晋华, 王志斌, 王召巴. 基于大气氧光谱吸收特性的单目单波段被动测距. 物理学报, 2013, 62(14): 144210. doi: 10.7498/aps.62.144210
    [19] 欧阳雨, 方 炎. 水对800℃下CH4在Ar气中分解制备单壁碳纳米管的影响. 物理学报, 2005, 54(2): 578-581. doi: 10.7498/aps.54.578
    [20] 朱物华, 张仲桂. 频带滤波器之瞬流. 物理学报, 1937, 3(1): 39-50. doi: 10.7498/aps.3.39
计量
  • 文章访问数:  4445
  • PDF下载量:  195
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-30
  • 修回日期:  2015-03-04
  • 刊出日期:  2015-08-05

/

返回文章
返回