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基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法矢量水听器是一种水下声学探测器，它能够接收并解码水下声源信号的振动信息。
通过矢量水听器可以得到目标在海底中的方位信息，方便水下目标的跟踪和监测。
在实际应用中，由于海水中信号传播的复杂性以及水听器自身的各种误差，水下目标测向仍然是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍一种基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法。
1. 矢量水听器的基本原理矢量水听器是由两个或多个水听器组成的阵列，水听器之间相互独立，每个水听器都可以接收到目标声源的信号。
通过对接收到的信号进行分析处理，可以得到目标在海底中的方位信息。
2. 水下目标测向的常用方法常用的水下目标测向方法有双通道测向法、三通道测向法、基于时延算法的测向法、基于矢量合成的测向法等。
3. 基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，主要是通过对单个水听器接收到的信号的处理，来实现目标的测向。
具体方法如下：（1）获取接收信号的幅度、相位等信息。
（2）通过相位和幅度信息得到瞬时相位差。
（3）对瞬时相位差进行加权处理，以消除水听器自身的误差和海水传播的误差。
（4）通过加权后的瞬时相位差来计算目标的方位角。
（5）采用最小二乘法或者其他算法，对目标的测向角度进行优化。
4. 实验结果分析通过实验结果分析可以得到，基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，具有测向精度高、系统成本低等优势。
在实际应用中，可以通过该方法来实现水下目标的实时跟踪和监测。
5. 结论本文提出了一种基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法，通过实验验证该方法具有测向精度高、系统成本低等优势，可以有效地实现水下目标的跟踪和监测。
在后续的研究中，可以进一步优化该方法，以适应不同应用场景的需求。
文章编号:100529865(2006)0120122206基于单矢量水听器四种方位估计方法姚直象1,2,惠俊英1,殷敬伟1,杨 娟1(1.哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;2.海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033)摘 要:单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。
根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。
平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。
当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。
为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。
并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。
关键词:单矢量水听器;信号处理;直方图;方位估计;平均声强器;相干干扰中图分类号:T B56 文献标识码:AF our approaches to DOA estimation based on a single vector hydrophoneY AO Zhi 2xiang 1,2,H UI Jun 2ying 1,YI N Jing 2wei 1,Y ANGJuan 1(1.C ollege of Underwater Acoustic Engineering ,Harbin Engineering University ,Harbin 150001,China ;2.C ollege of E lectronic Engineer 2ing ,Navy Engineering University ,Wuhan 430033,China )Abstract :A single vector hydrophone can be used in DOA estimation.According to different existences of noise background and signals ,there are several approaches to azimuth angle estimation based on a single vector hydrophone.Acoustic intensity averager can effectively suppress is otropic non 2coherent interference.Based on line 2spectra we can effectively detect the target radiating line 2spectra.But the tw o methods cann ’t do well in the condition of either line 2spectra coherent interference lying in broadband signal or broadband coherent interference lying in line 2spectra signal.T w o new approaches are put forward.One is bar graph approach which can suppress line 2spectra coherent interference and i 2dentify different targets radiating line 2spectra.The other is weighted bar graph approach which can detect a target in broadband coherent inter 2ference and estimate its azimuth angle.The principles of the tw o are introduced.S imulations of the 4approaches based on computer are given.The result of trial in sea validates these conclusions.K ey w ords :single vector hydrophone ;signal processing ;bar graph ;DOA estimation ;acoustic intensity averager ;coherent interference收稿日期:2004212213作者简介:姚直象(1976-),男,江西人,博士研究生,主要从事水声信号处理专业方面的研究。
单矢量水听器水中多目标方位跟踪方法张维;尚玲【摘要】The direction of arrival (DOA) of multiple targets was acquired by solving non-liner correlation equations involving acoustic pressure and particle velocity with quantum particle swarm algorithm.In order to improve the precision, the DOA tracks of multiple targets were fitted with the method of least squares, the prediction model was found and then the DOA tracks were optimized by Kalman filter.The results indicate that the DOA of multiple targets can be resolved with the single vector hydrophone and the results should be expressed by statistic characteristics.The maximum number of unknown sources is 7.As the number increases, the DOA error is more serious.When the signal to noise ratio is higher, the resolution ratio and precision are also higher and the deviation is smaller.More importantly, the precision of DOA can be improved effectively by the method of data fitting and the Kalman filter.%采用量子粒子群求解声压和质点振速组成的非线性相关方程组,实现多目标声源方位的估计.为提高精度,应用最小二乘法对测量结果进行拟合并建立预测模型,通过卡尔曼滤波对方位轨迹进行优化.结果表明:单矢量水听器能够同时分辨多个目标方位,解算结果应使用统计特性表示;采用本方法最多能分辨7个目标,目标个数越多,方位误差越大;信噪比越高,分辨率和精度越高,偏差越小;通过数据拟合然后卡尔曼滤波的方法能够有效提高目标方位跟踪精度.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】6页(P114-119)【关键词】多目标方位;单矢量水听器;卡尔曼滤波;最小二乘法;量子粒子群【作者】张维;尚玲【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一〇研究所, 湖北宜昌 443003;中国船舶重工集团公司第七一〇研究所, 湖北宜昌 443003【正文语种】中文【中图分类】TN911.7单个矢量水听器能同时拾取声压和质点振速信息，在各向同性噪声背景中，采用平均声强器[1-2]、最大似然检测[3-4]、互谱法[5]就可以对目标进行定向。
基于矢量水听器单通道瞬时相位差加权的水下目标测向方法矢量水听器是一种用于水下信号处理、目标定位和追踪等应用的设备。
在水下目标测向中，瞬时相位差（Instantaneous Phase Difference，IPD）是一种常用的参数，用于确定目标的角度和距离。
本文介绍一种基于矢量水听器单通道IPD加权的测向方法。
矢量水听器矢量水听器一般由两个或多个水听器组成，可用于测量水下声源的方向、距离和速度等参数。
常见的矢量水听器包括两个传统水听器（Traditional Hydrophones，TH）和四个水听器矢量水听器（Vector Sensors，VS）。
TH只能测量水声信号的强度和相对延迟，因此无法确定目标的方向和距离。
VS可以测量水声信号的强度、相对延迟和瞬时相位差，因此可用于确定目标的方向和距离。
瞬时相位差瞬时相位差是两个水听器接收到信号的相位差，与信号的相对延迟相关。
在一个稳态假设下，可以将瞬时相位差表示为：$$ \\Delta \\phi_i(t) = \\frac{2\\pi f_i}{c} \\Delta x_i(t) - \\theta_i(t) $$其中，i表示矢量水听器的编号，f i表示水声信号的频率，c表示声速，$\\Delta x_i(t)$表示水声信号相对于两个水听器之间的间距的变化量，$\\theta_i(t)$表示相位偏移量。
测向方法基于瞬时相位差的测向方法有很多种，常用的方法包括交叉谱、互相关、MVDR和泰勒展开等。
这些方法都需要使用多个水听器来测量瞬时相位差，并对信号进行复杂的信号处理。
在某些情况下，使用多个水听器可能会增加复杂度和成本，并且在实际应用中可能会受到噪声和多径干扰的影响。
为了简化目标测向的过程，我们提出一种基于矢量水听器单通道IPD加权的测向方法。
该方法只使用一个矢量水听器，并且直接从IPD中提取目标的角度和距离信息，无需进行复杂的信号处理。
该方法的主要步骤如下：1.通过单个矢量水听器接收水声信号，并对信号进行滤波和预处理。
第44卷第1期电子器件Vol.44No.1Feb.2021 2021年2月Chinese Journal of ElccLmn DevicesDesign of Underwater Acoustic Buoy System Based on Vector Hydrophone* SUN Qindong1,2*^MA Shiquan2^SUN Wei1,2,WANG Wenlong1,2(1. Navy Submarine Academy,Qingdao Shandong266199,China；2.Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao Shandong266237,China)Abstract:For marine safety technology development and Lhe urgent need of Lhe unmanned auLonomous detection plaL-form,designs an ocean target detection function of underwater acoustic buoy system,the acoustic detection system unit based on attitude awareness compound with vector hydrophone of co-vibrating type,data acquisition and real-time analysis unit adopts FPGA+DSP design,can work timing control acoustic detection unit,and complete the acoustic information,posture combined signal processing.In order to verify the target detection capability of underwater acoustic buoy system,a target detection capability test was carried out in a certain area of the south China sea.The results showed that the hydrology environment in deep water was good,and the buoys adopted the fixed-depth drifting mode,and the sounding distance of600t class and10-knots research ships is M10.3kilometers.Key words:underwater acoustic buoy;acoustic signal detection；vector hydrophone;attitude perception；sea trial EEACC：7820doi:10・3969/j・issn.1005-9490・2021・01・047基于矢量水听器的水下声学浮标系统设计孙芹东1,2*，马士全2，孙巍1,2，王文龙・2(1.海军潜艇学院，山东青岛266199；2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室，山东青岛266237)摘要：针对海洋安全技术发展对无人自主探测平台的迫切需求，设计了一种具有海洋目标探测功能的水下声学浮标系统,该系统声学探测单元基于姿态感知复合同振式矢量水听器,水声数据采集与实时分析单元采用FPGA+DSP的设计方案，可控制声学探测单元工作时序，并完成水声和姿态信息联合信号处理。
分布式多矢量水听器联合跟踪定位技术研究测量水下目标的辐射噪声,获取其声学信息,可以为减振降噪提供指导建议。
而水下目标与测量点之间距离的准确测量,是目标声源级计算的关键。
传统的水下目标定位跟踪测量是在目标上加装合作信标,但随着减振降噪和声隐身技术的发展,现已不能满足噪声测量领域新的需求。
矢量水听器的出现为噪声测量提供了新的方向,由于矢量水听器可以兼获声场中的声压信息与质点振速信息,所以联合处理它们必将提升水下噪声测量的能力。
本文利用矢量水听器声压振速联合处理技术,详细的阐述了声压与振速之间的关系,研究了利用矢量水听器进行测向的基本方法,分别是基于平均声强法和互谱声强法的目标测向方法,并建立了基于矢量水听器测向的时域模型和频域模型。
根据矢量水听器的测向原理,利用单只矢量水听器即可对目标进行高精度的测向;利用两只矢量水听器,通过三角交汇的方法,就能对目标的运动轨迹进行跟踪定位,同时采用卡尔曼滤波算法可以对目标运动轨迹做进一步的优化。
对目标运动轨迹的后置处理,采用最小二乘法进行轨迹拟合,能够得到比较理想的轨迹拟合效果。
数据融合技术与卡尔曼滤波算法结合起来,可以使矢量水听器获得的数据信息得到充分的利用,使被动定位系统的跟踪和定位性能得到了显著的提高,在小范围内快速、精确地定位出目标的运动轨迹。
本文对多平台被动定位的方法进行了研究,采用四只矢量水听器组成了不同几何类型的测量阵型,进行了定位精度的仿真分析,并阐述了不同几何类型的布站方案对目标定位精度的影响。
数据融合技术应用于多矢量水听器被动定位系统中,可以使多只矢量水听器测得的方位信息得到充分的利用,通过对冗余数据的选择和加权综合处理,在提高定位精度的同时也大大减小了测量盲区。
最后使用十只等间距分布的矢量水听器潜标,研究矢量水听器布放深度和信噪比对不同布放位置的矢量水听器测量精度的影响,可以实现对非合作运动目标的被动测量。
计算机仿真证明了矢量水听器被动定位算法的可靠性和有效性,同时辅以湖试试验加以验证,可以应用在水下目标被动定位系统中。
基于矢量水听器的水下目标定位系统
刘志坤;刘忠;付学志;罗亚松
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2011(036)012
【摘要】单个矢量水听器测量目标俯仰角精度不高,且不能对目标距离进行估计,针对此问题,提出了一种结合矢量水听器和声压水听器的三元阵被动定位新方法.利用矢量水听器获得的声强信息,采用直方图估计法进行目标方位估计;利用三元垂直线阵获得的时延信息,进行目标俯仰角和距离估计,从而实现了对目标的定位.对算法进行了仿真验证并搭建定位系统进行了实测,结果表明该系统结构简单,定位精度较高,在水下被动探测领域具有广泛的应用前景.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】刘志坤;刘忠;付学志;罗亚松
【作者单位】海军工程大学电子工程学院,武汉430033;海军工程大学电子工程学院,武汉430033;海军工程大学电子工程学院,武汉430033;海军工程大学电子工程学院,武汉430033
【正文语种】中文
【中图分类】TB565
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基于矢量信号处理的水声定位系统
宋新见;殷冬梅;惠俊英
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2003(21)3
【摘要】将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合,设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统。
介绍了系统的组成和工作原理,并结合近年来出现的矢量信号处理技术,设计了新的实时信号处理软件。
经湖试和海试,系统的可行性得到了初步的验证。
【总页数】5页(P110-114)
【关键词】水声定位系统;矢量水听器与信号处理;扩频通信
【作者】宋新见;殷冬梅;惠俊英
【作者单位】哈尔滨工程大学水声工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB565
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