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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
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O211.67[理学—概率论与数理统计;理学—数学]
  • 作者机构:[1]山东科技大学测绘科学与工程学院,青岛266590, [2]中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室,北京100190, [3]海洋石油工程青岛有限公司,青岛266520
  • 相关基金:山东科技大学人才引进科研启动基金(批准号:2014RCJJ004)、测绘公益性行业科研专项经费(批准号:201512034)和国家自然科学基金(批准号:41506111,41376108)资助的课题.
中文摘要:

环境参数失配导致定位性能大幅度下降是匹配场定位所面临的难题之一。应用贝叶斯理论对环境聚焦,是当前解决该难题的研究热点。环境聚焦方法的实质是将未知环境参数和声源位置联合优化估计。然而,运动声源的位置时变性限制了观测时间长度和观测信息量,因此不得不利用很有限的观测信息来实现众多参数的估计。当航速较快或是环境信息的不确定性较大时,环境聚焦方法的效果迅速变差。借鉴卡尔曼滤波处理非平稳过程的参数估计思想,对航速较恒定的声源,本文将多个时刻的接收信号同时反演,引入能够描述声源位置随时间变化规律的时不变参数,以较少的时不变参数间接反演多个声源位置,从而有效降低待估参数维数。同时将当前估计结果作为下一次反演的先验信息,建立新的先验分布和代价函数,有效补偿个别异常数据,实现运动声源的连续定位。该方法在相同的环境不确定条件下,大幅度增加了观测时间和观测信息量,可以较好地改善环境聚焦方法的定位效果。

英文摘要:

Environmental uncertainty is one of the limiting factors in the matched-field localization. Within a Bayesian framework, environmental focalization has been widely used to solve the augmented localization problem, in which the environmental parameters, source ranges and depths are considered to be the unknown variables. However, the position of the moving source varies with time, which limits the observation interval and the number of acoustic signals. Therefore, it has to estimate lots of unknown parameters with the limited observation information. When the source moves fast or the environment has great uncertainty, the environmental focalization gets worse. Taking the parameter estimation of Kalman filter in the non-stationary process as a reference, the acoustic signals from a series of observations are treated in a simultaneous inversion. This provides the most informative solution, since data from multiple source locations are brought to bear simultaneously on the environmental unknowns, which in turn constrain the source locations better. In this article, the time-unvarying parameters are introduced to describe the source position. The source positions are inverted indirectly by the time-unvarying parameters, which reduces the estimated parameter dimension effectively. At the same time, the current estimated results are treated as the priori information of the next inversion, which establishes the new prior distribution and cost function. It could compensate for some individual abnormal data effectively and realize continuous localization of the moving source. The noise signals radiated from a surface ship target are processed and analyzed. The Bayesian tracking algorithm greatly increases the observation interval and the number of acoustic signals, and enhances the localization accuracy in an uncertain water environment. Tracking results of the ship noise indicate that simultaneous inversion of multiple acoustic observations with constant velocity track model and the Thikhonov regularization provides a bet

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876