基于参量阵声呐的自适应波束合成算法研究

发布时间：2017-06-07 04:16

  本文关键词：基于参量阵声呐的自适应波束合成算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波束合成是参量阵声呐核心的部分。围绕着波束合成,提出自适应波束合成算法,提高参量阵声呐的探测与识别性能。海洋资源非常的丰富,水下探测技术的成熟,使得海洋的探索与开发并没有受到重视。随着电子技术的不断发展,参量阵技术日趋成熟。应用参量阵技术的声呐,能更好的完成水下目标探测与识别。基于参量阵声呐的自适应波束合成算法,对回波信号的接收处理更加准确。首先对参量阵声呐的浅海声学环境进行建模分析,剖析在水声信道中,有用信号是如何传递的。建立浅水典型声场模型,探究声场环境中最主要的干扰,混响和噪声。与此同时,通过环境建模,全面剖析了参量阵声呐信号传播的水声信道。然后根据波束合成的基本原理出发,探究了固定权系数时的常规波束合成与自适应波束合成的区别与联系。对各种阵列进行MATLAB仿真分析,探讨不同阵列之间的优势与劣势。仿真结论为特定环境的特定阵列的设计,提供理论依据。用FPGA进行信号处理,控制阵列的波束合成,实验验证了仿真结论。再由经典的自适应波束合成算法出发,深入探究各种算法的优劣性。重点研究了最小均方误差(LMS)算法、RLS算法以及直接矩阵求逆(DMI)算法。通过使用MATLAB计算机仿真分析,剖析这些算法的收敛性、稳定性。最后基于参量阵声呐特殊的水声环境,先根据最佳基阵处理器的特点,设计出自适应波束合成器。实际工程中,采用自适应波束合成器得到需求的波束,它虽然不能一步到位,但它最终是收敛于最佳处理器的,并实时根据环境变化的。参量阵声呐的接收信号是低频微弱信号,基于经典自适应算法,改进的算法能更好的接收处理此类信号。
【关键词】：参量阵声呐 波束合成 自适应 均方误差 采样协方差矩阵
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB56
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 国内外发展现状12-17
• 1.2.1 参量阵声呐的发展现状12-14
• 1.2.2 自适应波束合成算法的发展现状14-17
• 1.3 研究目标17
• 1.4 本文主要工作17-19
• 第二章 浅水典型声学环境建模与仿真19-28
• 2.1 浅水声学环境分析19-23
• 2.2 浅水典型声场建模23-26
• 2.2.1 混响模型特性分析23-25
• 2.2.2 噪声模型特性分析25-26
• 2.3 浅水环境建模26-27
• 2.3.1 海面海底模型的建立26
• 2.3.2 反射系数模型的建立26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 自适应波束合成阵列设计与验证28-41
• 3.1 波束合成原理及方法28-29
• 3.2 波束控制方法29-30
• 3.2.1 常规波束合成29-30
• 3.2.2 自适应波束合成30
• 3.3 自适应波束合成阵列设计30-40
• 3.3.1 阵列设计的目的30-31
• 3.3.2 阵列设计与仿真31-40
• 3.3.3 阵列实验40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 自适应波束合成算法研究41-49
• 4.1 波束合成算法准则与算法结构41-44
• 4.1.1 信号矩阵理论41-43
• 4.1.2 性能测量方法43-44
• 4.2 传统自适应波束合成算法44-46
• 4.2.1 最小均方算法算法理论分析44-45
• 4.2.2 最小二乘算法理论分析45
• 4.2.3 直接矩阵求逆算法理论分析45-46
• 4.3 自适应算法计算机仿真与分析46-48
• 4.3.1 LMS算法仿真结果46-47
• 4.3.2 RLS算法仿真结果47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 基于参量阵声呐的算法改进与验证49-75
• 5.1 基于参量阵声呐的特殊环境49-50
• 5.1.1 海洋特殊环境49
• 5.1.2 参量阵声呐的信号特性分析49-50
• 5.2 自适应波束合成器设计50-55
• 5.2.1 最佳基阵处理器50-52
• 5.2.2 自适应波束合成器设计52-55
• 5.3 计算机仿真结果及讨论55-71
• 5.3.1 系统简化模型仿真55-67
• 5.3.2 系统实际模型仿真67-71
• 5.4 自适应波束合成改进算法71-74
• 5.4.1 LMS算法改进及其验证71-73
• 5.4.2 DMI算法改进及其验证73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 全文工作总结75
• 6.2 工作展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 童立;面向对象的水下声场仿真应用框架研究[D];西北工业大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王俊勇;自适应数字波束形成算法及其在雷达中的应用研究[D];武汉理工大学;2008年

2 王少冬;声呐波束形成技术及其DSP实现研究[D];西北工业大学;2003年

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本文编号：428163