基于矢量水听器的圆形阵列信号处理方法研究

发布时间：2020-05-17 03:03

【摘要】：圆形阵列因在其所在的平面360°方位具有相同的目标探测与方位估计性能这一优良特性,常见于声呐浮标阵、舰艏阵以及智能音箱传声器阵列中。在声呐接收系统中,基于矢量水听器的圆形阵列在阵列信号处理的基础上结合了声压振速联合处理技术,有助于抑制海洋环境噪声,在较低信噪比下实现远程目标被动检测。本文主要研究自由场条件下和圆柱形障板条件下矢量圆阵的方位估计问题。经典的方位估计方法主要分为波束扫描类和子空间分解类。因此以最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)算法和多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法为代表,对两类算法进行介绍,仿真对比分析声压圆阵和矢量圆阵的方位估计性能;针对圆阵,模态域信号处理方法能够简化建模过程中相位延迟方面的计算,为后续处理提供方便。因此建立了矢量圆阵相位模态域输出信号,实现了在相位模态域利用MVDR和MUSIC算法的方位估计问题。结合工程中的实际情况,阵列总是安装在支撑物上面,而圆阵所用的支撑物一般是圆柱体。因此首先介绍了圆柱形障板散射声场的概况,然后求得刚性圆柱形障板和绝对软圆柱形障板的散射声场解析解,进而得到弹性圆柱形障板散射声场的解析解,得到刚性、绝对软和弹性障板条件下矢量圆阵的相位模态域参数,并以MVDR算法为例,仿真分析不安放障板和三种不同材质圆柱形障板上矢量圆阵方位估计性能。最后,对湖试的试验数据进行处理,较好地验证了理论推导和仿真结果。
【图文】：

阵列向量（M× K），，其中每一列 ( )ka γ （表示为：0 1 0 2 0) [ ]k k Mkjw jw jwe e eτ τ τ = ， k = 1,2的来波在空间的投影iγ 、矢量传感器的排际情况中，阵列流型矩阵A(γ)一般只与不变的，也就是说矢量传感器排列的方式角向量γ 都是一对一的映射关系，可以看列流型 A也就确定了，从而接收数据矩阵出模型的矢量传感器均匀圆形阵，方便起见，传感器数目为M，基阵半径为r。对各阵设为 0 号，其余按逆时针方向顺次编号为量接收传感器与笛卡尔坐标系起始点位 个阵元的位置矢量为 [ cos , sin m m p = r γ r

3 矢量圆阵的方向图函数及特性.1 矢量水听器的指向性矢量水听器是可以同时输出一个质点在任意时刻的声压与振速的传感器。由于海洋波导中传播时，在竖直方向为驻波，所以只考虑水平方向的二维指向性，令 = 0，则式（2-11）可以简化为：( ) ( )( ) ( )cos( ) ( )sinxyp t x tv t x tv t x tθθ = = = (故它们的指向性函数分别为：( ) 1( ) cos( ) sinxypvvRRRθθ θθ θ = = = (图 2.3 为二维情况下一个矢量接收传感器的两个振速分量xv 和yv的指向性图。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.7;TB565.1

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本文编号：2667819