水下运动目标的多参数联合探测系统研究

发布时间：2017-06-04 03:01

  本文关键词：水下运动目标的多参数联合探测系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水下运动目标的超声探测是一个十分重要的课题,它在军事和民用领域具有很大的应用价值。在传统的运动目标探测系统中,位置探测和运动探测由于采用不同的算法,存在参数估计的相互干扰。因此有必要研究运动目标的位置和运动参数的联合估计方法。当发射信号是线性调频信号时,距离、速度和方位角等参数会影响接收信号的频率变化,通过分析信号的频率变化情况反演出距离、速度等参数。其特点在于把多参数的探测转化为对频率变化函数的求解,对回波信号进行解调即可以同时求解出距离、速度等参数。所以,本文基于线性调频信号的频率(初始频率、调频率)估计这一主题展开研究,主要贡献在于:1.采用分数阶傅里叶变换完成线性调频信号的频率估计,针对传统的求解FRFT最佳阶数的算法耗时长、抗噪性能差的缺点,本文研究了一种基于变步长4阶中心矩的搜索算法,该算法耗时短,对噪声不敏感,并且在大噪声环境下可以通过提高中心矩阶次的方法来提高抗噪性能。2.研究在单发多收超声探测系统中对运动目标速度、距离、方位角估计的方法。首先对单个接收阵元接收到的回波信号进行分析,推导出基于FRFT的速度距离联合估计算法,然后对接收阵列接收到的阵列信号经行分析,利用线性调频信号在FRFT最佳阶数域的能量聚集性,介绍了基于FRFT的MUSIC改进算法,将单发多收探测系统中对运动目标速度,距离,方位角的估计统一为线性调频信号频率的估计的问题,给出了系统对速度、距离、方位角联合估计的算法流程以及仿真结果分析。3.利用发送间歇式线性多斜率调频信号来估计运动目标的运动轨迹。在对运动目标的运动轨迹进行估计时,需要周期性的发射时限线性调频信号,通过发送间歇式线性多斜率调频信号,使得接收端接收到的回波信号中含有的多个不同调频率、不同延时的线性调频信号易于被分离,提高运动目标运动轨迹的估计精度,并通过仿真证明了算法的可行性。4.借助国家移动超声探测工程技术研究中心搭建的水下超声探测装置,通过实验验证了本文单发多收运动目标多参数探测系统在短距离低速度下的可行性。
【关键词】：间歇式线性多斜率调频信号 联合估计 分数阶傅里叶变换 线性调频信号
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB566;TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 论文研究背景及意义10-11
• 1.2 线性调频信号11-12
• 1.3 研究现状12-13
• 1.4 本文研究的主要工作及内容安排13-15
• 1.4.1 本文研究的主要内容13
• 1.4.2 本文的内容安排13-15
• 第二章 线性调频信号的参数估计方法15-31
• 2.1 分数阶傅里叶变换15-21
• 2.1.1 分数阶傅里叶变换的基本思想15-16
• 2.1.2 分数阶傅里叶变换的离散化方法16-18
• 2.1.3 分数阶傅里叶变换在线性调频信号上的应用18-21
• 2.2 线性调频信号参数估计方法的分析21-22
• 2.3 直接搜索算法求分数阶傅里叶变换的最佳阶数22
• 2.4 m阶中心矩算法求分数阶傅里叶变换的最佳阶数22-27
• 2.4.1 分数阶傅里叶变换二阶中心矩23-24
• 2.4.2 分数阶傅里叶变换m阶中心矩24-25
• 2.4.3 分数阶傅里叶变换中心矩阶数的选取25-27
• 2.5 分数阶傅里叶变换4阶中心矩变步长搜索算法27-30
• 2.5.1 变步长-4 阶中心矩算法求最佳阶数27-28
• 2.5.2 基于分数阶傅里叶变换的LFM调频率的求法28-29
• 2.5.3 基于分数阶傅里叶变换的LFM初始频率的求法29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 运动目标的多参数联合探测方法31-53
• 3.1 运动物体回波信号模型31-33
• 3.2 基于FRFT的运动目标速度和距离的联合估计33-38
• 3.2.1 运动目标速度和距离的联合估计33-34
• 3.2.2 对于距离已知，只需要估计速度的情况34-36
• 3.2.3 对于速度已知，只需要估计距离的情况36-37
• 3.2.4 对于速度、距离均未知，都需要估计的情况37-38
• 3.3 速度估计和距离估计的敏感性分析38-42
• 3.3.1 速度估计的敏感性分析39-40
• 3.3.2 距离估计的敏感性分析40-41
• 3.3.3 速度和距离估计的敏感性仿真41-42
• 3.4 基于FRFT的运动目标方位角估计42-51
• 3.4.1 经典MUSIC算法43-46
• 3.4.2 FRFT-MUSIC算法46-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 间歇式线性多斜率调频信号运动轨迹探测53-64
• 4.1 间歇式线性多斜率调频发送信号设计53-54
• 4.2 运动目标的轨迹以及速度估计54-58
• 4.3 运动目标的探测与成像58-63
• 4.3.1 直线运动目标的运动轨迹成像58-61
• 4.3.2 曲线运动目标的运动轨迹成像61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 水下运动目标的多参数联合探测实验64-71
• 5.1 超声探测系统64-66
• 5.2 实验与分析66-70
• 5.3 本章小结70-71
• 总结与展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

【参考文献】

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本文编号：419809