水声定位系统中空间谱估计算法仿真分析

合集下载

一种水声信号识别算法及仿真

一种水声信号识别算法及仿真
杨亚菁;桂现才;彭宏
【期刊名称】《计算机应用与软件》
【年(卷),期】2005(022)008
【摘要】应用小波包技术,提出了融合能量代价函数的概念及基于此函数的水声信号识别算法.算法以融合能量代价函数为标准,在整个小波库中确定特征空间及特征值.在MATLAB仿真环境下进行的BP神经网络实验显示:与固定尺度小波包能量法及最大距离小波包能量法相比,算法对特征模糊的信号有较好的识别效果.
【总页数】3页(P26-27,124)
【作者】杨亚菁;桂现才;彭宏
【作者单位】湛江海洋大学计算机系,广东,湛江,524005;湛江师范学院数学系,广东,湛江,524048;华南理工大学计算机工程与科学系,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.一种优化的通信信号调制识别算法仿真研究 [J], 龚安民;王炳和;曲毅
2.一种混合特征的人脸识别算法仿真研究 [J], 李扬;孙劲光
3.一种带有二次调制信号的调制识别算法与仿真 [J], 刘洛琨;和昆英;许家栋
4.基于融合能量代价函数的水声信号识别算法 [J], 杨亚菁;彭宏
5.一种用于多径信道的调制识别算法仿真研究 [J], 王彬;葛临东;刘媛涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

海洋声场建模与仿真技术研究

海洋声场建模与仿真技术研究一、引言海洋，占据着地球表面的约 71%，是一个充满神秘和未知的领域。

在海洋研究中，海洋声场建模与仿真技术作为一种重要的手段，为我们深入了解海洋的声学特性和物理过程提供了有力的支持。

海洋声场是指海洋中声波传播所形成的物理场，它受到海洋环境的多种因素影响，如海洋的深度、温度、盐度、海底地形、海洋生物等。

因此，准确地建模和仿真海洋声场对于海洋声学研究、海洋资源开发、海洋环境保护以及军事应用等领域都具有重要的意义。

二、海洋声场建模的基本原理海洋声场建模的核心是基于声波传播的物理规律。

声波在海洋中的传播可以用波动方程来描述，常见的有亥姆霍兹方程和抛物方程。

亥姆霍兹方程适用于描述小范围、高频的声波传播，而抛物方程则更适合处理大范围、低频的情况。

在建模过程中，需要考虑海洋介质的物理特性，如声速分布。

声速在海洋中并非均匀分布，而是受到温度、盐度和压力等因素的影响。

通常通过经验公式或者现场测量来获取声速的分布情况。

另外，海底地形也是影响海洋声场的重要因素。

海底的粗糙度、坡度和地质结构都会对声波的反射、折射和散射产生影响。

三、海洋声场仿真的方法（一）有限元法有限元法是一种将连续的求解域离散为有限个单元的数值方法。

通过对每个单元进行分析，然后将结果组合起来得到整个求解域的近似解。

在海洋声场仿真中，有限元法可以有效地处理复杂的边界条件和介质特性。

（二）边界元法边界元法是基于边界积分方程的数值方法，它只需要对边界进行离散化，从而减少了计算量。

对于具有规则边界的问题，边界元法具有较高的计算效率。

（三）射线理论法射线理论法将声波传播视为射线的传播，通过追踪射线的路径来计算声场。

这种方法在处理长距离传播和高频问题时具有一定的优势，但对于复杂的介质和边界条件适应性较差。

四、海洋声场建模与仿真中的关键技术（一）海洋环境数据的获取与处理准确的海洋环境数据是建模与仿真的基础。

这包括海洋的温度、盐度、深度、海底地形等数据的测量和收集。

基于空域压缩采样的水声目标DOA估计方法

ｃｕｒａｃｙＤＯＡｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｓｐａｔｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓａｍｐｌｉｎｇｆｏｒｕｎｄｅｗａｒｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｔａｒｇｅｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｐａｃｅｓｐａｒｓｉｔｙｏｆｕｎｄｅｗａｒｔｅｒｔａｒｇｅｔｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈ
摘要：在空域存在稀疏观测约束条件下，传统的水声目标方位ＤＯＡ估计方法在水下无人航行
器等小型平台的应用中往往精度低或者失效。针对这一问题，提出了一种基于空域压缩采样的水
声目标ＤＯＡ估计方法。该方法通过建立水下目标的空域稀疏模型，对水下目标在空域进行压缩采样，并利用联合稀疏重构实现水下目标的ＤＯＡ估计。仿真实验表明：与传统方法相比，该方法在较少阵元、较小阵列间隔和较少快拍下估计精度相对提高；而在较低信噪比下估计成功率能够提高
ｔｅｎｈａｖｅｐｏｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｒｐｒｏｖｉｄｅｉｎａｃｃｕｒａｔｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｆｓｐａｔｉａｌ

鱼雷水声同步定位系统抗定位距离模糊算法及仿真

鱼雷水声同步定位系统抗定位距离模糊算法及仿真杨志权;尚凡【摘要】实时准确定位是对鱼雷水声定位系统的基本要求,研究了一种解决鱼雷水声同步定位系统定位距离模糊算法,分析了定位距离模糊的原因,提出了基于水平等距线阵同步定位、相关波门修正时延差等技术的快速定位方法,并进行了仿真验证.仿真结果表明,该方法具有不明显增加硬件成本、不穷举全部模糊解和无需先验位置信息等优点,可以为设计中远程鱼雷定位系统、短基线或超短基线水声定位系统消除定位距离模糊、锁定正确航迹提供借鉴.【期刊名称】《鱼雷技术》【年(卷),期】2014(022)001【总页数】5页(P30-34)【关键词】鱼雷;水声同步定位系统;抗定位距离模糊算法;等距线阵;时延差;相关波门【作者】杨志权;尚凡【作者单位】中国人民解放军91388部队,广东湛江,524022;中国人民解放军91388部队,广东湛江,524022【正文语种】中文【中图分类】TJ630.2;TB52.9鱼雷水声同步定位系统通常采用周期性工作方式, 即定位系统和合作声信标的计时器均以一个固定的时间常数周期清零计数, 若定位系统和合作声信标的清零时刻严格同步, 则声脉冲信号到达定位系统时刻计时器的计数值就是信号的单程传播时延, 则目标距离接收机的距离[1]其中, 为水中声速。

显然, 系统记录的时延取值范围为, 若超出此范围, 系统将不能分辨目标信号是经过了几个周期才到达接收点, 若依然用清零后的时延或模糊的时延进行定位解算, 解算出的目标位置就模糊不定, 这就是鱼雷水声同步定位系统的定位距离模糊问题。

本文分析了经典的抗定位距离模糊方法, 提出一种不增加硬件接收机成本、不穷举全部可能模糊解和无需先验位置信息的鱼雷水声同步定位系统抗距离模糊快速算法, 并用matlab程序仿真验证其可行性。

距离模糊是远程高帧率鱼雷水声同步定位系统不可避免的问题, 以往的抗定位距离模糊方法分为硬件抗距离模糊法和软件抗距离模糊法[2]。

声源定位计算机仿真与分析

声源定位计算机仿真与分析摘要确定一个声源在空间中的位置是一项有广阔应用前景的有趣研究，将来可以广泛的应用于社会生产、生活的各个方面。

声源定位是通过测量物体发出的声音对物体定位，与使用声纳、雷达、无线通讯的定位方法不同，前者信源是普通的声音，是宽带信号，而后者信源是窄带信号。

根据声音信号特点，人们提出了不同的声源定位算法，但由于信号质量、噪声和混响的存在，使得现有声源定位算法的定位精度较低。

此外，已有的声源定位方法的运算量较大，难以实时处理。

为解决这些问题，本文系统地研究了基于传声器阵列的声源定位方法，主要做了以下一些工作：首先对传声器阵列及其研究现状进行了总体概述，讨论了基于传声器阵列的声源定位所面临的问题，重点分析了传声器阵列信号处理的特殊性和混响的产生原因及影响，总结归纳并比较了各种基于传声器阵列声源定位方法的优缺点。

重点分析了基于时延估计（ITD）和强度差异(IID)的声源定位方法。

作者开发了一种基于Matlab软件的声源定位系统，结合时延估计和强度差异算法，进行了系统的声源定位仿真，给出了仿真结果，并提出了改进方案。

仿真实验证明所设计的声源定位系统可用，并可以为进一步的声源定位研究提供平台支持。

关键词：传声器阵列；声源定位；ITD；IID；MatlabTO SIMULATE AND ANALYZE THE SOUND SOURCELOCALIZATION BY COMPUTERABSTRACTLocalization of sound source is an interesting course of study which will be widely applied in our future life.Sound source localization is realized by processing sound signals,differing from the localization method with sonar,radar or wireless communication in the type of signals.Sound is a wide-band signal,while the later are narrow-band signals.Many sound source localization algorithms are proposed aiming at the characteristic of sound signals.However,signal’s quality,background noise and room reverberations in enclosure greatly degrade the effectiveness of acoustic source localization.For solve these question,some work are accomplished in this paper.Foremost,the microphone array is generally described,and some issues of sound source localization based on microphone array are discussed.The particularities of signal processing based on microphone array and the cause and influence of reverberation are analyzed.Some main methods of sound source localization are compared.A sound source localization method based on the interaural time difference(ITD) and interaural intensity difference(IID) is analyzed with emphasis.A sound source localization system based on the Matlab was produced.Finally,based on the ITD and IID,some experiment is conducted on the system,and the experimental result is presented.The results showed that further study on sound source localization can be made on the sound source localization system.Key words: Microphone Array; Sound Source Localization; ITD; IID; Matlab目录第一章绪论1.1 声源定位的关键技术及国内外研究现状 (1)1.2基于传声器阵列的定位方法简述 (2)1.3 基于传声器阵列的声源定位系统的模型与难点 (3)1.4 声源定位系统的结构 (4)1.4.1 硬件结构 (4)1.4.2 软件结构 (5)1.5 本论文的主要工作和内容安排 (5)第二章几种定位方法的介绍2.1 声音信号分析 (6)2.2声源定位原理 (6)2.2.1 仿人双耳的声源定位原理 (7)2.2.2 基于到达时间差的声源定位原理 (7)2.2.3 基于声压幅比的定位方法 (7)2.3 声源定位方法的分类和比较 (9)2.3.1 基于最大输出功率的可控波束形成定位方法 (9)2.3.2 基于高分辨率谱估计技术的定位方法 (9)2.3.3 基于时延估计的定位方法 (10)2.3.4 定位方法比较 (10)第三章基于时延（ITD）的方位估计3.1 传声器和声源的几何模型 (11)3.1.1 双传声器几何模型与分析 (11)3.1.2传声器阵列几何模型与分析 (13)3.2 几何定位方法 (13)3.2.1 数据采集方法 (14)3.2.2.1 声源到传声器间距离差的计算 (14)3.2.2.2 声源位置的计算与仿真 (15)3.3 程序测试与误差分析 (17)第四章基于强度差异（IID）的方位估计4.1 方法概述与分析 (19)4.2 声源方位估计的实现 (21)4.2.1 数据的采集 (21)4.2.2 声压幅比的计算方法 (22)4.2.3 声源位置的计算与仿真 (23)4.3 程序测试与误差分析 (24)第五章总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录附录A (30)附录B (32)第一章绪论1.1声源定位的关键技术及国内外研究现状利用目标发出的声音信号来确定目标的方位，是声音探测系统测定目标位置的关键技术，系统以被动方式测出目标声音的参数，利用声程差等信息来确定目标方向和距离。

水声阵列信号处理理论及实验研究

实验研究》2023-10-28•研究背景与意义•水声阵列信号处理基础理论•水声阵列信号处理关键技术•水声阵列信号处理实验研究•结论与展望目•参考文献录01研究背景与意义研究背景02分析水声阵列信号处理在海洋探测、水下通信等领域的应用需求03针对现有理论及实验研究中存在的问题，提出创新的解决方案研究意义推动水声阵列信号处理理论的进步与发展为海洋探测、水下通信等领域的实际应用提供理论支持和技术指导为相关领域的研究人员提供具有参考价值的学术成果01020302水声阵列信号处理基础理论水声信号的传播速度与水的温度、压力、盐度等因素有关，这些因素会影响声波的传播路径和时间。

声波传播速度反射和折射吸收和散射当声波遇到障碍物或不同介质时，会发生反射和折射现象，这会导致信号的方向和强度发生变化。

水中的悬浮颗粒、气泡和生物质等成分会影响声波的传播，导致信号衰减和散射。

03水声信号传播特性0201水声阵列信号处理算法概述线性滤波算法通过调整阵列中各个传感器接收到的信号的权重，实现信号的增强或抑制。

波束形成算法将阵列中各个传感器接收到的信号进行相位校准和叠加，实现信号的方向性增益。

空间谱估计算法通过对信号的空间谱进行分析，实现对信号源的定位和识别。

由多个传感器组成的阵列接收到的信号，这些信号具有空间分布性和时间相关性。

阵列信号通过合理布置阵列中各个传感器的位置和数量，可以提高对特定方向上的信号的接收增益。

阵列增益通过控制阵列中各个传感器的接收相位和权重，实现阵列对特定方向上的信号的增益最大化。

波束指向性阵列信号处理基础概念03水声阵列信号处理关键技术空间滤波利用不同位置的水听器接收信号的差异，对特定方向的信号进行增强，同时抑制其他方向的干扰信号。

实时信号处理通过将多个水听器的信号进行加权叠加，增强特定方向的信号强度，抑制干扰信号，提高信号接收质量。

频率滤波针对不同频率的信号进行滤波处理，抑制噪声和其他干扰信号，提高信号的清晰度和分辨率。

单只矢量水听器对多目标方位估计的仿真研究

ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｒｃｏｄｎｏｔｅｃａａｔｒｆｔｅｖｃｏｙｒｐｏｅｓｒｃｎｔｉａｅ，ａｃｒｉｇｔｈｈｒｃｅｓｏｈｅｔｒｈｄｏｈｎ，ＤＯＡ（ｉｅｔｏｆａｒｖ１ｆｔｒｅｓｄｒｃｉｎｏｒｉａ）ｏａｇｔｉ
ｃｎｉｉｎｓｎｏｎｎｅｓｔｎＰＴｌｏｉｍｎｅｉｅｅｔＳｏｄｔｏｓｕｉｇｓｕｄｉｔｎｉｙａｄＥＳＲＩａｇｒｔｈｕｄｒｄｆｒｎＮＲｎｅｇｈｏｈａｌ，ａｄｔｅｐｒｏｍａｃｓｆａｄｌｎｔｆｔｅｓｍｐｅｎｈｅｆｒｎｅａｅｃｍｐｒｄｗｉａｈｏｈｒｒｏａｅｔｅｃｔｅ．ｈＫｅｏｄｖｃｏｙｒｐｏｅｏｎｎｅｓｔ，ＥＰＲＩａｇｒｔｍｙＷｒｓｅｔｒｈｄｏｈｎ，ｓｕｄｉｔｎｉｙＳＴｌｏｉｈ
ｅｔａｅｔｉｇｅｖｃｏｙｒｐｏｅｂｏｎｎｅｓｔｎＰＴｌｏｉｈｓｐｒｔｌ，ｗｈｃｙｃｒｙｏｔｔｅｅｔｓｉｔｄｗｉｓｎｌｅｔｒｈｄｏｈｎｙｓｕｄｉｔｎｉａｄＥＳＲＩａｇｒｍｅａａｅｙｍｈｙｔｉｈｍａａｒｕｈｓｉ —
息的声强矢量。
前苏联和美国为代表，开发研制了以水介质质点振速的测量与传统声压测量相结合的矢量水听器技

水声通信算法半物理仿真平台的设计与开发的开题报告

水声通信算法半物理仿真平台的设计与开发的开题报告一、研究背景和意义随着人类对海洋的深入探索和利用，水下通信技术越来越受到关注。

水下通信具有传输距离远、信道特性复杂、信号衰减严重等特点。

因此，水声通信在水下通信中得到广泛应用。

水声通信作为一种特殊的无线通信模式，具有频段宽、传输距离远的优势，可以提供可靠的水下数据通信服务，被广泛应用于水下声纳、远程控制、水下信息检测与监测等领域。

水声通信的研究与开发离不开实验和仿真平台的支持。

现有的水声通信仿真平台主要分为两种：一种是理论分析和数值仿真，另一种是物理仿真。

理论分析和数值仿真方法已经比较成熟，可为水声通信算法的设计提供理论支持。

而物理仿真平台则能够模拟真实的水下通信环境，对水声通信算法进行验证和测试，具有更加真实可靠的仿真结果。

本文提出了一种基于半物理仿真的水声通信算法平台，能够模拟水下通信环境，对水声通信算法进行验证和测试，并可提供一定的可视化效果，有效提高水声通信算法的研究效率和实用性，具有重要的研究意义。

二、研究内容和技术路线1. 系统分析本文将分析并总结已有的水声通信算法仿真平台，分析其优缺点以及存在的问题。

在此基础上提出一种基于半物理仿真的水声通信算法平台，该平台可模拟真实的水下通信环境，对水声通信算法进行验证和测试，并具有较强的可视化效果。

2. 系统设计针对需求，设计具有水下通信环境仿真功能的半物理仿真平台，包括水下声学信道仿真、水声通信信号发射、接收仿真等模块。

3. 系统实现基于Matlab平台，实现水声通信算法半物理仿真工具的开发。

其中，水下声学信道仿真采用ray-tracing算法，水声信号发射和接收采用传统的正弦波信号，并设置参数进行选择和调整。

系统实现过程中还需要结合C++和Python等语言实现部分功能。

4. 系统测试通过多种实验验证和测试，检验所开发系统中的各种算法、接口、数据处理和结果正确性。

三、预期结果本文将开发一种基于半物理仿真的水声通信算法平台，能够模拟真实的水下通信环境，对水声通信算法进行验证和测试，并具有较强的可视化效果。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

物医学等领域有广泛应用，的主要内容是空间谱估计。它
０引
言
１空间谱估计算法数学模型
１１阵列信号模型．
水声定位是将水下传感器基阵接收的数据经过处理以获得有关目标的方位信息，属于阵列信号处理范它畴ｌ。阵列信号处理是当前的研究热点，雷达、纳、１在声生
４ｊｉＩ｜Ｉ蛳
ＥＴＮ子量ＣＯＹＬＲＩ测技ＴＮ０Ｅ０电ＣＣ术ＨＬＥＧ
第１２年ｕ０１期３第０月１卷
水声定系中空间谱估计算法仿真分析位统
刘伟王昌明张自嘉吕富勇。
（．１南京理工大学水中兵器研究所南京２０９；．１０４２南京信息工程大学仪器科学与技术系南京２０４）１０４
ＩｕＷｅＷａｇＣａｇｎＺａｇＺｊＩｌｕｏｇｉｉｎｈｎｍｉｇｈｎｉａｙｎｉｔＦ
（．ＲｅｅｒｈｏｄｒｔｒＷｅｐｎ，ＮＪＴ，Ｎｎｉｇ２０９１ｓａｃｆＵｎｅｗａｅａｏｓＵＳａｊ１０４ｎ２ｅｔｆｎｔｕｎｃｅｃｎｅｈｏｏｙＮＵＩＴ，Ｎｎｉｇ２０４）．Ｄｐ．ｏｓｒｍｅｔｉｅａｄＴｃｎｌｇ．ＩＳｎＳａｊ１０４ｎ
Ａｂｔａｔｎｏｄｒｔｍｐｏｅｐｒｏｍａｃｆｌｃｔｎｈｅｅｔｏｆｐｔｌｐｃｒｍｓｉｔｎａｇｒｔｍｓｔｅｋｙｓｒｃ：Ｉｒｅｏｉｒｖｅｆｒｎｅｏａｉ，ｔｅｓｌｃｉｎｏａｉｅｔｕｅｔｏｏｓａｓｍａｉｌｏｉｏｈｉｈｅｆｃｏｈｎｅｗａｅａｇｔａｉｕｈｅｔｔｏＩｈｓｐｐｒｅｅａｐｔｌｓｅｔｕａｇｒｔｓｓｃｓＭＶＤＲ，ａｔｒｉｔｅｕｄｒｔｒｔｒｅｚｍｔｓｉｉｎｎｔｉａｅ，ｓｖｒｌｓａｉｐｃｒｍｌｏｉｎｍａ．ａｍｈｕｈａＭＵＳＣｎＳＰＴｌｏｉｈａｅｉｔｏｕｅ．ＷｅａａｙｅｔｅｆａｎｒｎｉｌｆｔｅｅａｇｒｔｍｓＩｉｗｆＩａｄＥＲＩａｇｒｔｍｒｎｒｄｃｄｎｌｚｈｒｍｅａｄｐｉｃｐｅｏｈｓｌｏｉｈ．ｎｖｅｏｕｄｒｔｒａｏｓｉｃｎｉｉｎ，ａｃｒｃｎｐｒｔｇｔｆｅｃｌｏｉｍｒｏａｅｅｉｅｎｉｏｍｅｔｌｎｅｗａｅｃｕｔｏｄｔｃｏｃｕａｙａｄｏｅａｉｉｎｍｅｏａｈａｇｒｈａｅｃｍｐｒｄｂｓｄｓｅｖｒｎｎａｔｒｑｉｅｎ．ＴｈｉｌｔｎａｄｅｐｒｍｅｔｒｓｌｈｗｈｔＭＶＤＲｌｏｉｍｈｅｔｏｔｅｌｏｉｍｓｉｈｅｕｒｍｅｔｅｓｍｕａｉｎｘｅｉｎｅｕｔｓｏｔａｏｓａｇｒｈｉｔｅｂｓｆｏｈｒａｇｒｈｎｔｅｔｓｔ
摘要：在水声定位系统中，尽量提高系统对水下目标的定位性能，择合适的空间谱估计算法是关键。对为选
ＭＶＤＭＵＳＣ、ＳＲＴ等几种空间谱估计常用算法的结构和原理进行了分析。针对水声定位系统工作环境，过Ｒ、ＩＥＰＩ通
通常用多个换能器构成的水听器阵列来接收水下远场目标发出的噪声，用阵元间的时延来实现目标定位。利常用阵列的形式有均匀直线阵、角阵、直均匀圆阵等多种形式。其中均匀直线阵为最基本的阵列形式。本节以均匀直线阵为例描述水听器接收到的数据模型。图１给出了均匀直线阵的结构。
计算机仿真，比较了各算法的估计精度、运行时间和环境要求等指标，得出ＭＶＤＲ算法相比其他算法性能更优。
关键词：空间谱估计；水声定位；ＤＲＭＶ
中图分类号：ＴＰ６５６文献标识码：Ａ
Ｓｍｕａｉｎａａｙｉｆｓａｉｌｓｅｔｕｏｎｅｗａｅａｇｔａｉｔｓｉｔｎｉｌｔｏｎｌｓｓｏｐｔａｐｃｒｍｆｒｕｄｒｔｒｔｒｅｚｍｕｈｅｔｍａｉｏ
ｕｄｒｔｒａｏｓｉｃｎｉｏ．ｎｅｗａｅｃｕｔｏｄｔｎｃｉ
Ｋｅｗｏｄ：ｓａｉｌｐｃｒｍ；ｕｄｒｔｒａｏｓｉ１ｃｔｎｙｒｓｐｔｅｔｕａｓｎｅｗａｅｃｕｔｏａｉ；ＭＶＤＲｃｏ