恒定束宽波束形成及其在UUV声纳中的应用研究
发布时间：2022-01-16 15:08
UUV（Underwater Unmanned Vehicle）是近年来迅速发展起来的水下平台,是未来无人化战争的一个重要节点。声纳,作为UUV在水下的“耳目”,对系统整体性能的发挥起到了至关重要的作用。因此,研究基于UUV的声纳信号处理技术具有重要价值和意义。本文从UUV声纳在实际工作中遭遇的诸多问题出发,重点研究恒定束宽FIR波束形成技术、远近场干扰抑制技术、鲁棒自适应波束形成技术,及目标DEMON（Detection of Envelope Modulation On Noise）谱特征提取技术。主要研究内容概括如下:首先,分析了UUV声纳在实际工作中遭遇的诸多问题,包括噪声干扰、前端波束形成器引起输入信号频谱畸变、基阵模型失配等。其次,为了防止前端波束形成器对输入信号造成频谱畸变,研究了恒定束宽FIR波束形成算法,并仿真对比分析了几种设计方法的性能;然后推导了便于工程应用的无预导延时恒定束宽FIR波束形成器,经仿真验证,该方法在无预导延时的条件下,获得了同基于预导延时的恒定束宽FIR波束形成器几乎相同的效果。接着,一方面,针对干扰方位已知和未知两种情况,给出了两种不同的恒定束宽...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
UUV声纳系统工作态势俯视示意图
所以接下来本文所讨论的基阵阵型都是等间隔均匀线列阵。图 2.2 等间隔均匀线列阵示意图2.2.1 窄带接收信号模型对于图 2.2 所示M 元均匀线阵，阵元间距为d，阵列远场中有P 个窄带声源以平面波入射，入射方向为 ( 1,2,..., )kq k = P。不考虑干扰信号的存在，若以图 2.2 所示的第 1号阵元为参考点，则第i号阵元接收信号为1( ) ( ) ( )Pi k ik ikx t s t tn t== - +(2-1)其中，k 为信源序号， ( )ks t 是第k 个期望信号的数学形式；i为接收阵元的序号；对于第k 个入射信源
图 2.4 窄带波束形成流程图中 x (k )是输入快拍数据；加权向量* * *1 2[ , , ]H TMw =w w L w；则波束形为( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )HH H Hs ins i ny k x ks k si k n ky k y k y k== + += + +ww a w a w s 和ina 分别是基阵在期望信号和干扰信号方向上的导向矢量；s ( k )、s i号、干扰信号、空间噪声的波束形成器输入快拍数据； ( )sy k 、 ( )iy k 和信号、干扰信号和噪声对应的波束形成器输出快拍数据。响应指的是对从某一方向入射的平面波通过波束形成器得到的的增益波束响应函数随方位变化的曲线图就是波束图，一般情况下会对波束作图。对于窄带信号，由于信号频率是单一的，波束响应可以写成2 ( 1) sin1( ) ( ) ( )j i dMHip i ep qlq q-== w a = w
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于干扰协方差矩阵重构的恒定束宽鲁棒自适应波束形成[J]. 范展,梁国龙. 声学学报. 2015(01)
[2]基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成[J]. 范展,梁国龙. 电子学报. 2013(05)
[3]军用UUV的发展与应用前景展望[J]. 王蓬. 鱼雷技术. 2009(01)
[4]海军发展无人作战平台的需求、现状与展望[J]. 尚燕丽. 国防技术基础. 2009(01)
[5]基于现代信号处理技术的舰船噪声信号DEMON分析[J]. 程玉胜,王易川,史广智,惠俊英. 声学技术. 2006(01)
[6]基于二阶锥规划的任意传感器阵列时域恒定束宽波束形成[J]. 鄢社锋,马远良. 声学学报. 2005(04)
[7]水下机器人推力器容错控制技术的研究[J]. 刘建成,万磊,戴捷,庞永杰. 机器人. 2003(02)
[8]“CR -02”6000m无人自治水下机器人载体系统（英文）[J]. 刘涛,徐芑南,王惠铮,吴幼华,刘正元. 船舶力学. 2002(06)
[9]任意结构阵列宽带恒定束宽波束形成新方法[J]. 杨益新,孙超. 声学学报. 2001(01)
[10]基于高阶谱的舰船辐射噪声特征提取[J]. 樊养余,孙进才,李平安,许家栋,尚久浩. 声学学报. 1999(06)
博士论文
[1]水下无人平台自主被动探测技术研究[D]. 范展.哈尔滨工程大学 2015
[2]基于矢量水听器的目标特征提取与识别技术研究[D]. 李思纯.哈尔滨工程大学 2008
[3]基于鱼雷报警声纳的目标识别技术基础研究[D]. 杨春.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]自适应波束形成的零陷加宽技术研究[D]. 姚俊.南京信息工程大学 2016
[2]运动小平台近场干扰抑制技术研究[D]. 尹天宫.哈尔滨工程大学 2013
[3]舰船辐射噪声调制特征提取方法研究[D]. 王洪玲.哈尔滨工程大学 2007
[4]虚拟阵元波束形成方法研究[D]. 胡鹏.西北工业大学 2006
本文编号：3592905
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
UUV声纳系统工作态势俯视示意图
所以接下来本文所讨论的基阵阵型都是等间隔均匀线列阵。图 2.2 等间隔均匀线列阵示意图2.2.1 窄带接收信号模型对于图 2.2 所示M 元均匀线阵，阵元间距为d，阵列远场中有P 个窄带声源以平面波入射，入射方向为 ( 1,2,..., )kq k = P。不考虑干扰信号的存在，若以图 2.2 所示的第 1号阵元为参考点，则第i号阵元接收信号为1( ) ( ) ( )Pi k ik ikx t s t tn t== - +(2-1)其中，k 为信源序号， ( )ks t 是第k 个期望信号的数学形式；i为接收阵元的序号；对于第k 个入射信源
图 2.4 窄带波束形成流程图中 x (k )是输入快拍数据；加权向量* * *1 2[ , , ]H TMw =w w L w；则波束形为( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )HH H Hs ins i ny k x ks k si k n ky k y k y k== + += + +ww a w a w s 和ina 分别是基阵在期望信号和干扰信号方向上的导向矢量；s ( k )、s i号、干扰信号、空间噪声的波束形成器输入快拍数据； ( )sy k 、 ( )iy k 和信号、干扰信号和噪声对应的波束形成器输出快拍数据。响应指的是对从某一方向入射的平面波通过波束形成器得到的的增益波束响应函数随方位变化的曲线图就是波束图，一般情况下会对波束作图。对于窄带信号，由于信号频率是单一的，波束响应可以写成2 ( 1) sin1( ) ( ) ( )j i dMHip i ep qlq q-== w a = w
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于干扰协方差矩阵重构的恒定束宽鲁棒自适应波束形成[J]. 范展,梁国龙. 声学学报. 2015(01)
[2]基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成[J]. 范展,梁国龙. 电子学报. 2013(05)
[3]军用UUV的发展与应用前景展望[J]. 王蓬. 鱼雷技术. 2009(01)
[4]海军发展无人作战平台的需求、现状与展望[J]. 尚燕丽. 国防技术基础. 2009(01)
[5]基于现代信号处理技术的舰船噪声信号DEMON分析[J]. 程玉胜,王易川,史广智,惠俊英. 声学技术. 2006(01)
[6]基于二阶锥规划的任意传感器阵列时域恒定束宽波束形成[J]. 鄢社锋,马远良. 声学学报. 2005(04)
[7]水下机器人推力器容错控制技术的研究[J]. 刘建成,万磊,戴捷,庞永杰. 机器人. 2003(02)
[8]“CR -02”6000m无人自治水下机器人载体系统（英文）[J]. 刘涛,徐芑南,王惠铮,吴幼华,刘正元. 船舶力学. 2002(06)
[9]任意结构阵列宽带恒定束宽波束形成新方法[J]. 杨益新,孙超. 声学学报. 2001(01)
[10]基于高阶谱的舰船辐射噪声特征提取[J]. 樊养余,孙进才,李平安,许家栋,尚久浩. 声学学报. 1999(06)
博士论文
[1]水下无人平台自主被动探测技术研究[D]. 范展.哈尔滨工程大学 2015
[2]基于矢量水听器的目标特征提取与识别技术研究[D]. 李思纯.哈尔滨工程大学 2008
[3]基于鱼雷报警声纳的目标识别技术基础研究[D]. 杨春.哈尔滨工程大学 2005
硕士论文
[1]自适应波束形成的零陷加宽技术研究[D]. 姚俊.南京信息工程大学 2016
[2]运动小平台近场干扰抑制技术研究[D]. 尹天宫.哈尔滨工程大学 2013
[3]舰船辐射噪声调制特征提取方法研究[D]. 王洪玲.哈尔滨工程大学 2007
[4]虚拟阵元波束形成方法研究[D]. 胡鹏.西北工业大学 2006
本文编号：3592905
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