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《哈尔滨工程大学》 2007年
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矢量水听器的数据融合研究

莫世奇  
【摘要】: 多传感器数据融合是一门多学科交叉技术,近二十年来,随着传感器技术、计算机技术、通信技术以及信号处理技术的发展,多传感器数据融合技术获得了普遍关注和广泛应用。 矢量水听器由声压传感器和振速传感器融合而成,本身就具有多传感器的特性。本文的研究内容将从矢量水听器入手,围绕着矢量水听器信号处理方法,将数据融合技术融入到其中,从而更大程度上地发挥矢量水听器检测能力,使得矢量水听器可以在更广阔的领域中应用。 本文具体研究内容如下: (1)详细地分析了矢量水听器所测得的声压量与振速量之间的内在关系,总结了单矢量水听器的基本定向方法,建立了矢量信号的二阶、高阶统计量模型,探讨了多种测向方法:反正弦函数、反余弦函数以及声压、振速联合测向等,并对其测向性能进行了分析。建立了基于矢量水听器定向的时域融合模型与频域融合模型。在极大似然准则下,详细讨论了频域处理的融合估计,对于线谱采用ZFFT技术提高频谱精度,对于宽带信号利用蚁群算法搜寻信号有效带宽。计算机仿真与海试数据分析结果表明,融合算法优于传统的直接估计,能够提高矢量水听器的检测性能。 (2)简单地介绍了互谱声强法的多目标测向能力,提出了一种基于统计量分析的多目标方位估计方法,利用改进的遗传算法进行全局搜索求解。在多种不同信号模型下(单频信号、宽带高斯信号、非高斯信号等),分析了多目标分辨算法的求解形式,探讨了单矢量水听器分离相干目标的方法。计算机仿真结果表明,该算法可以准确地进行目标方位分辨与跟踪,有效地分辨出互不相干的多个宽带声源信号的方位;在相干信号较强时,能够在频域上分辨出较少数量的相干声源信号的方位信息,实现相干声源的频谱分离。 (3)简单探讨了非线性多传感器融合算法。研究了加权最优融合算法在多矢量水听器方位检测中的应用,详细总结了各种权值计算方法,提出了具体的融合检测方法,融合算法可以提高矢量水听器的检测精度,而且从一定程度上可以消除矢量水听器测向精度对目标方位的敏感。 (4)根据声压传感器、振速传感器以及各个矢量水听器之间的综合支持程度,建立了矢量水听器的关系矩阵,在一定程度上反应了各个传感器之间的相互关系,在此基础上提出了基于关系矩阵的矢量融合算法,提高了多矢量水听器的融合效果。 (5)讨论了矢量水听器状态空间融合技术。对于航行速度已知的合作目标,探讨了基于单只矢量水听器的多种被动测距方法(声压法、声强法、单向声强法、方位法),对各种方法的测距误差进行了分析,各种方法随着测量点A、B的夹角不同,误差也随之变化。在此基础上,提出了融合算法进行被动测距,进一步提高测距的准确度。建立了目标运动模型,研究了利用声强与方位信息相结合的被动定位方法,并对其误差进行了分析。单平台纯方位定位精度较低,而且在一些情况下,目标状态不可观测。解决上述问题主要有两种方法:一是矢量水听器与测距装置联合定位;二是利用多平台空间融合定位。多平台空间融合问题可以转化为双平台空间定位问题,本文在双平台空间定位的基础上,讨论了基于最小二乘的多传感器联合测向与定位技术,并利用扩展卡尔曼滤波技术进行了计算机仿真分析,仿真结果表明双平台纯方位定位方法具有较好的可观测性,能够比较准确地描绘出目标运动轨迹。 本文对矢量水听器的数据融合技术进行了初步的研究与探索,利用计算机仿真研究和部分试验结果验证了融合理论的正确性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB565.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 时洁;基于矢量阵的水下噪声源近场高分辨定位识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李海霞;有限障板对矢量水听器测向的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 庄玮;多平台定位系统的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 张驰;多矢量水听器的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈洪娟,贾志富;压电圆盘弯曲式矢量水听器的设计[J];传感器技术;2002年08期
2 陈洪娟,洪连进;基于压电加速度计的同振型矢量水听器的设计[J];传感器技术;2003年03期
3 黎洪生 ,史龙伟;自适应加权数据融合在应变检测中的应用[J];传感器世界;2005年06期
4 方世良,魏占海,徐步安,毛卫宁;声矢量传感器目标方位估计[J];东南大学学报(自然科学版);2002年05期
5 焦李成,保铮;同伦BP网络理论与算法[J];电子学报;1993年11期
6 时胜国,杨德森;矢量水听器的源定向理论及其定向误差分析[J];哈尔滨工程大学学报;2003年02期
7 杨士莪;单矢量传感器多目标分辨的一种方法[J];哈尔滨工程大学学报;2003年06期
8 赵俊渭,陈华伟,李金明;基于矢量水听器的被动声制导系统的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年01期
9 张揽月,杨德森;基于MUSIC算法的矢量水听器阵源方位估计[J];哈尔滨工程大学学报;2004年01期
10 姚爱红,惠俊英;单矢量传感器倍频窄波束技术研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 张揽月;杨德森;;矢量水听器高分辨率波束形成[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
2 乔钢;桑恩方;;组合传感器在水声通信中的应用[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年
3 肖卫国;高翔;;基于AR谱的声矢量传感器阵方位估计[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 詹艳梅;纯方位目标运动分析方法研究[D];西北工业大学;2001年
2 毕果;矢谱分析关键技术与实践研究[D];郑州大学;2003年
3 喻敏;声矢量传感器的Capon方位估计[D];哈尔滨工程大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑锋;卞玉民;;Si微电容式加速度计动态参数的提取[J];微纳电子技术;2008年08期
2 张敏;刘培志;徐英新;王晋华;刘莹;;地面无人作战平台环境感知关键技术研究[J];车辆与动力技术;2007年02期
3 张李方;程锦房;何希盈;;矢量水听器与Kalman滤波在水雷引信中的应用[J];兵工自动化;2008年12期
4 何希盈;程锦房;邓大新;张磊;;单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究[J];兵工自动化;2009年11期
5 张炜;程锦房;;一种三轴磁传感器正交误差校正的简便方法[J];兵工自动化;2009年12期
6 黄岩;吴军;刘春明;李兆斌;;自主车辆发展概况及关键技术[J];兵工自动化;2010年11期
7 蔡宗义;赵俊渭;李家武;郭艳;许学忠;唐玉志;董永峰;;基于质点振速测量的低空目标定向算法研究[J];兵工学报;2007年02期
8 陈尚;薛晨阳;张斌珍;谢斌;;一种新型的MEMS单矢量水听器研究[J];兵工学报;2008年06期
9 吴艳群;胡永明;;Pekeris波导中矢量水听器定向性能分析[J];兵工学报;2009年11期
10 梅继丹;王珺琳;惠俊英;;垂直矢量阵声图被动定位技术研究[J];兵工学报;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 甄子洋;王志胜;;时滞MIMO系统的信息融合解耦补偿器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 王志胜;甄子洋;;随机大系统的信息融合最优分散控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 陈吉夫;任雪梅;黄鸿;;基于模糊Renyi熵的多值图像去噪滤波器[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 方尔正;卜广明;李冬方;;锁相放大原理应用于水声信号检测[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
5 段虎明;秦树人;;离散频谱校正方法及其在旋转机械振动测试中的应用[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
6 应怀樵;刘进明;沈松;应明;杜峰;;虚拟仪器(数采、信号分析)技术展望——高自动、高精度、高速度为核心的“六高”技术[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 应怀樵;张彬;;基于FFT分析的平顶窗瞬态波形谱线分裂现象研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 尹义龙;李俊宝;邢建新;夏金东;吕可佳;;基于Cymbal结构的PMNT单晶压差矢量水听器[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
9 丁康;钟舜聪;;通用的离散频谱相位差校正方法[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
10 龙栋材;李斌兵;;蚂蚁算法在导航系统中的应用研究[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈阳;水声阵列信号处理理论及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘效武;基于多源融合的网络安全态势量化感知与评估[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 梅继丹;水声声图测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张海刚;浅海甚低频声传播建模与规律研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
9 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年
10 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
2 赵国卿;基于全矢谱的旋转机械轴振与瓦振关系研究[D];郑州大学;2010年
3 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
4 唐高松;基于Volterra级数模型辨识的旋转机械故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
5 何文翔;矢量传感器多普勒定位研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李婷;浅海表面噪声矢量场时空相关特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 何旭东;水声材料反射系数自由场宽带测试技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 张俊;预处理器性能对信号检测的影响分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 白云;噪声测量中矢量水听器被动合成孔径声纳方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 管宇;一种低频三维MEMS矢量水听器的研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦志强;数据融合技术及其应用[J];兵工自动化;2003年05期
2 张李方;程锦房;何希盈;;矢量水听器与Kalman滤波在水雷引信中的应用[J];兵工自动化;2008年12期
3 张宝华,杜选民;水面舰艇鱼雷防御系统综述[J];船舶工程;2003年04期
4 张宝成,徐雪仙;线阵聚焦幅度权处理的研究[J];船舶力学;1999年04期
5 王波;赵彦平;侯承舜;;基于二阶统计量的近场源三维参数估计方法[J];吉林大学学报(信息科学版);2008年04期
6 张宾;孙长瑜;;水声信号处理中的多传感器数据融合[J];传感器与微系统;2007年01期
7 黎洪生 ,史龙伟;自适应加权数据融合在应变检测中的应用[J];传感器世界;2005年06期
8 江南,黄建国,冯西安,李姗;基于矢量传感器阵列空间谱DOA估计[J];大连理工大学学报;2003年04期
9 林志斌,徐柏龄;基于传声器阵列的声源定位[J];电声技术;2004年05期
10 邓大新;林春生;黄滨;龚沈光;;矢量水听器阵列在分界面上的空间谱估计[J];电子与信息学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 时胜国;杨德森;;弹性球壳衍射声场对矢量传感器指向性影响实验研究[A];第十届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 刘源;基于模糊信息处理的数据融合方法研究[D];西安电子科技大学;1999年
2 吕钱浩;矢量传感器阵列技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 宋新见;数字式噪声目标被动测距声纳研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 王德俊;矢量声场与矢量信号处理理论研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
5 刘严岩;多传感器数据融合中几个关键技术的研究[D];中国科学技术大学;2006年
6 白兴宇;基于联合信息处理的声矢量阵测向技术[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 林静然;基于麦克风阵列的语音增强算法研究[D];电子科技大学;2007年
8 王燕;非合作目标精确定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 时胜国;矢量水听器及其在平台上的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔思明;矢量浮标阵定位系统综合显控平台设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李艳梅;声呐脉冲侦察与被动测距研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 喻敏;声矢量传感器的Capon方位估计[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 李芬;矢量水听器确定声源目标方位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
5 邢建军;矢量水听器测向技术的研究[D];西北工业大学;2005年
6 姚直象;单矢量水听器信号处理研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 常乐;数据融合在航迹数据处理中的应用研究[D];南京理工大学;2006年
8 朱韬;水下目标低频声散射特性研究[D];上海交通大学;2008年
9 王浩;基于矢量传感器阵列的空间谱估计技术的研究[D];昆明理工大学;2008年
10 潘俊霞;水声被动定位系统PC机软件设计[D];哈尔滨工程大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 时洁;杨德森;时胜国;;二阶锥规划在噪声源稳健定位识别中的应用[J];哈尔滨工程大学学报;2011年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 嵇建飞;声障板对矢量传感器指向性的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 付学瑞;基于高阶累积量的半圆阵声聚焦技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 安丽娜;基于被动时反技术的噪声源近场定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 庄昌文,范明钰,李春辉,虞厥邦;基于协同工作方式的一种蚁群布线系统[J];半导体学报;1999年05期
2 王璇,李春升,周荫清;多传感器信息融合技术[J];北京航空航天大学学报;1994年04期
3 李连源,刘泽民,周正;基于ACS的动态分布式路由算法[J];北京邮电大学学报;2000年02期
4 贾志富;采用双迭片压电敏感元件的声压梯度水听器[J];传感器技术;1997年01期
5 陈洪娟,贾志富;压电圆盘弯曲式矢量水听器的设计[J];传感器技术;2002年08期
6 陈洪娟,洪连进;基于压电加速度计的同振型矢量水听器的设计[J];传感器技术;2003年03期
7 张彦铎,姜兴渭;多传感器信息融合及在智能故障诊断中的应用[J];传感器技术;1999年03期
8 李华军,梅宁;潜艇接敌占位优化机动航路的研究[J];弹道学报;1994年04期
9 李志华;ARMA 序列及其功率谱估计若干新的理论和方法[J];大连海事大学学报;1997年04期
10 孟桥,陆佶人;综合二重最小二乘被动定位算法[J];电子学报;1997年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 岳剑平;水下动目标被动跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孟洪;矢量水听器及联合信号处理研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田坦,齐娜,孙大军;矢量水听器阵波束域MVDR方法研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年03期
2 时胜国,杨德森;矢量水听器的源定向理论及其定向误差分析[J];哈尔滨工程大学学报;2003年02期
3 赵俊渭,陈华伟,李金明;基于矢量水听器的被动声制导系统的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年01期
4 王大成,郭丽华,丁士圻;基于矢量水听器阵的恒定束宽波束形成器的原理与设计[J];声学技术;2004年04期
5 陈洪娟,贾志富;压电圆盘弯曲式矢量水听器的设计[J];传感器技术;2002年08期
6 孙贵青,杨德森,张揽月,时胜国;基于矢量水听器的最大似然比检测和最大似然方位估计[J];声学学报(中文版);2003年01期
7 陈洪娟,洪连进;采用双迭片压电敏感元件的同振柱型矢量水听器[J];应用声学;2003年03期
8 方尔正,崔凯;基于矢量水听器的一种时间方位历程目标跟踪方法[J];应用声学;2005年05期
9 熊水东,罗洪,胡永明,孟洲,倪明;基于加速度传感的三维光纤矢量水听器实验研究[J];压电与声光;2005年05期
10 孙贵青;李启虎;杨秀庭;孙长瑜;;第五讲 新型光纤水听器和矢量水听器[J];物理;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈洪娟;张虎;杨松涛;邹亮;杨收;;同振式矢量水听器耐压结构设计[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
2 姚纪元;孙好广;徐余;;一种低频、高灵敏度二维矢量水听器研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
3 张虎;陈洪娟;靳建嘉;王文芝;;一种低频压差式矢量水听器研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
4 熊水东;罗洪;胡永明;倪明;孟洲;;三维光纤矢量水听器实验研究[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
5 孙梅;李风华;;一种矢量水听器俯仰姿态校正方法研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
6 王艳;姜亚浩;陆玲兰;;一种组合二维矢量水听器[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
7 程彬彬;杨士莪;;单矢量水听器目标方位估计[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
8 吴小强;;声纳二维波达方向估计方法研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2011年海战场电子信息技术学术年会论文集[C];2011年
9 张揽月;杨德森;;矢量水听器线阵波束图[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
10 周江涛;倪明;孟洲;;光纤矢量水听器指向性锐化技术研究[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报记者 朱伟光;杨士莪:大海会记得,我们来过[N];光明日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴艳群;拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 朱中锐;障板条件下矢量水听器应用研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 师俊杰;基于潜标的甚低频矢量声场建模与试验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 王鹏;基于MEMS矢量水听器阵列的声目标定向定位技术研究[D];中北大学;2013年
7 胡鹏涛;浅海中声能量分布的不均匀性对潜艇辐射噪声测量的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 陈川;基于水下小平台的被动声探测定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
9 陈丽洁;微型矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 马敬广;时间反转镜被动定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨松涛;深水矢量水听器的研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 何勤;有限障板下矢量水听器性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张鹏;集成型二维矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 邹亮;耐压矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 张驰;多矢量水听器的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 张俊;潜标平台下的矢量水听器悬挂系统声学性能影响研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 张晓龙;矢量水听器目标测向及误差校正[D];大连理工大学;2013年
8 任一石;新型结构三维矢量水听器的研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
9 归宏猛;矢量水听器(阵)及其在低频声源校准中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 李海霞;有限障板对矢量水听器测向的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
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