شماره مدرك
21187
شماره راهنما
18156
پديد آورنده
پريشاني، صادق
عنوان
بررسي انواع روشهاي BOT و شبيه سازي روش هاي انتخابي باهدف بالابردن دقت تخمين پارامترهاي هدف و كاهش زمان همگرايي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مخابرات سيستم
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده، 107ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
BOT , سونار غيرفعال , تخمين شبه خطي , تأخير انتشار , فيلتر كالمن
تاريخ ورود اطلاعات
1405/05/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/05/18
كد ايرانداك
23238386
چكيده فارسي
در اين پايان نامه، مسئله رديابي اهداف زيرآبي تنها بر اساس داده هاي زاويه ديد مورد بررسي قرار گرفته است. اين مسئله كه تحت عنوان BOT شناخته ميشود، به دليل عدم استفاده از اطلاعات فاصله و نيز وجود تأخير در انتشار سيگنال در محيط زيرآب، با چالشهاي جدي مواجه است. استفاده از سونار غيرفعال به دليل مخفي ماندن موقعيت رصدكننده ضروري است؛ اما در مقابل موجب كاهش دقت تخمين وضعيت هدف مي شود. در اين تحقيق با هدف افزايش دقت تخمين پارامترهاي هدف و كاهش زمان همگرايي، مجموعهاي از روشهاي تخمين كلاسيك و روش هاي مبتني بر فيلتر كالمن مورد بررسي و شبيه سازي قرار گرفت.
ابتدا چهار روش تخمين كلاسيك شامل DBCWPLE ،DWPLE ،PLEو DWIV تحليل شدند. درتمامي اين روش ها در هرگام زماني اطلاعات مربوط به داده افزايش يافته و در هر گام اطلاعات مربوط به همان گام و تمامي داده هاي قبلي براي تخمين وضعيت هدف مورد استفاده قرار مي گيرند. نتايج شبيه سازي نشان دادند كه روش DWIV بهترين عملكرد را داشته و به مقدار پايين كرامر-رائو نزديك مي شود. اين در حالي است كه عدم توجه به تأخير انتشار سيگنال در روش هاي معمول، باعث ايجاد باياس شده و دقت تخمين را كاهش ميدهد؛ بنابراين روش هاي مبتني بر وزندهي و جبران باياس نقش مهمي در افزايش دقت دارند. همچنين مقايسه نتايج با كران پايين كرامر-رائو نشان داد كه الگوريتم هاي پيشنهادي در بسياري از سناريوها به مقدار حداقل خطاي قابل دستيابي نزديك شده اند.
بررسي هاي نوآورانه ما نشان داد كه استفاده از دو سنسور سونار غيرفعال و همچنين افزايش سرعت رصدكننده يا نوع مانور رصدكننده باعث كاهش چشمگير خطا و بهبود همگرايي مي شود.
در ادامه، روشهاي پيشرفتهتر مبتني بر فيلتر كالمن شامل FUBKF ، PLKF و UKF جهت تخمين غيرخطي در سناريوهاي مختلف به كار گرفته شدند. همچنين در حركتي نوآورانه روش DFUBKF معرفي گرديد كه با درنظر گرفتن اثر تاخير انتشار سيگنال دقت تخمين را افزايش مي داد. در تمام روش هاي ذكر شده در اين فصل تخمين با استفاده از داده هاي همان گام زماني انجام مي گيرد و از داده هاي قبلي به طور مستقيم استفاده نميشود.
در نهايت در راستاي نزديك كردن شرايط شبيه سازي به شرايط واقعي، اقدام به تخمين مقادير واريانس نويز به جاي عددگذاري تجربي و همچنين متغير در نظر گرفتن ميزان واريانس نويز در فواصل و زواياي مختلف نموديم كه در منابع گذشته چنين نوآوري مشاهده نشد.
نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه تركيب روشهاي شبه خطي و فيلترهاي كالمن با درنظرگرفتن تأخير سيگنال مي تواند راهكاري مؤثر براي بهبود دقت در رديابي اهداف زيرآبي با سونار غيرفعال باشد. اين نتايج قابليت كاربرد در سامانه هاي دفاعي، پايش زيرآبي و ناوبري را دارد و در ادامه مي توان از آنها براي توسعه سيستم هاي عملياتي دقيق تر بهره گرفت. در پايان مي توان ذكر كرد كه دقت روش هاي تخمين كلاسيك نسبت به فيلتر كالمن در مدت زمان بيشتر، دقيق تر بوده و قابل استنادتر است، اما در زمان هاي كوتاه تر و با درنظرگرفتن شرايطي ميتوان به فيلتر كالمن اتكا نمود.
چكيده انگليسي
In this disertation, the problem of underwater target tracking based solely on bearing measurements is investigated. This problem, known as BOT, faces significant challenges due to the absence of range information and the presence of signal propagation delay in the underwater environment. The use of passive sonar is essential for maintaining the observerʹs concealment; however, it reduces the accuracy of target state estimation. To improve the estimation accuracy of target parameters and reduce the convergence time, a set of classical estimation methods and Kalman filter-based approaches is investigated and simulated. First, four classical estimation methods, namely PLE, DWPLE, DBCWPLE, and DWIV, are analyzed. In all of these methods, the available information is augmented at each time step, and both the current and all previous measurements are utilized to estimate the target state. evaluation results demonstrate that the DWIV method achieves the best performance and approaches the Cramér–Rao Lower Bound (CRLB). In contrast, neglecting signal propagation delay in conventional methods introduces estimation bias and reduces estimation accuracy. Therefore, weighting strategies and bias compensation play a significant role in improving estimation performance. Furthermore, comparison with the CRLB indicates that the proposed algorithms approach the minimum achievable estimation error in many scenarios. Our novel investigations demonstrate that employing two passive sonar sensors, as well as increasing the observerʹs speed or modifying its maneuvering pattern, significantly reduces the estimation error and improves convergence. Subsequently, advanced Kalman filter-based methods, including the PLKF, FUBKF, and UKF, are employed for nonlinear estimation under different scenarios. Moreover, a novel DFUBKF is proposed, which improves estimation accuracy by explicitly considering the effect of signal propagation delay. Unlike the classical estimation methods, all methods presented in this part perform estimation using only the measurements acquired at the current time step and do not directly utilize previous measurements. Finally, to make the simulation conditions closer to real-world environments, the noise variance is estimated instead of being assigned empirically. In addition, the noise variance is modeled as a variable parameter dependent on different ranges and bearing angles, an approach that is not found in previous studies. The results of this research indicate that combining pseudo-linear estimation methods with Kalman filterbased approaches while accounting for signal propagation delay provides an effective solution for improving the accuracy of underwater target tracking using passive sonar. These findings have potential applications in defense systems, underwater surveillance, and navigation, and can be further utilized in the development of more accurate operational systems. Finally, it is concluded that classical estimation methods provide higher and more reliable estimation accuracy than Kalman filter-based methods over long observation periods, whereas Kalman filter-based methods remain reliable for shorter observation intervals under appropriate conditions.
استاد راهنما
محمدرضا تابان
استاد داور
احسان يزديان , بهزاد نظري