海底固定阵匹配场定位算法研究
发布时间：2021-11-16 07:47
匹配场处理（MFP,Matched-Field Processing）技术能够将水声信道的物理特性和传统的信号处理算法相结合,在水下声源目标的探测与定位,地声参数反演等方面具有良好的表现,是近年来国内外水声领域比较热衷的技术。匹配场声源定位技术随之不断发展,在以往的匹配场声源定位中,通常会选择垂直线列阵（Vertical line array,VLA）作为接收基阵,因其可以在深度上采集较多的声传播信息,对绝大部分简正波模态精确采样。垂直线列阵容易发生阵列倾斜等固有特性限制了其性能及应用,固定在海底的水平线列阵可以通过长时间海洋环境调查,获取阵列周边海洋环境参数信息,不断优化匹配场使用的参数,从而可以在一定程度上避免环境失配对匹配场带来的误差,同时,由于海底固定阵在水平空间能够对目标进行方位估计,通过结合方位估计算法,能够有效实现目标的三维定位,减少三维空间匹配场定位带来的庞大计算量。本文拟通过研究海洋声学相关理论与声场建模方法,通过理论与仿真研究基于海底水平固定阵的匹配场定位算法,得到稳健性较好的海底水平固定阵匹配场定位算法,并用实测海上试验数据验证算法有效性。本文的主要工作有:1、从...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同深度水平阵的匹配场定位模糊平面
JASA 的文章中实现了基于压缩感知的基追踪[44]，将匹配场问题转换为未定的凸优化问题。理论推导和仿真结果表明，对于单一声源，对于任意数量快拍，压缩感知（CS）处理器和 Bartlett 处理器的结果相同。而对于单个和多个非相干源，仿真结果表明，压缩感知（CS）处理器相对于自适应白噪声约束处理器定位性能有所改进。Tollefsen 使用阵列相干和阵列非相干处理器对 SWellEx-96 浅海试验数据中的两个水平阵数据进行处理[45]，处理效果均优于分别对单个阵列数据的处理效果。1.4 本文主要研究内容垂直阵可以在深度上采集较多的声传播信息，对绝大部分简正波模态精确采样，因此多年来在水声领域广受研究人员青睐，其匹配场定位算法较为成熟。本文对现有垂直阵匹配场定位算法进行较为深入的学习与研究，通过仿真实验以及海上试验数据处理验证算法可靠性，然后以垂直阵匹配场定位算法为基础，通过理论与仿真实验探索、提出基于海底水平固定阵的匹配场定位算法，得到稳健性较好的海底水平固定阵匹配场定位算法，并进行误差分析，最后用实测海上试验数据验证算法有效性。
第 14 页图 2.1 Kraken 程序模块结构图第一部分：模式计算Kraken:读取环境文件*.env，求解简正波的模式，并写入到输出文件*.mod 以直接应用于弹性介质，但计算过程中忽略了弹性介质中的材料吸收衰减。KrakenC:Kraken 的另一个版本，在复平面内计算特征值。Kraken 利用扰动只计算特征值的实部，而 KrakenC 计算特征值的复数值。KrakenC 的运行速约比 Kraken 慢 3 倍，但是它考虑了模式泄露与弹性介质中的材料衰减吸收序内部 KrakenC 是用一组等价的反射系数来代替弹性介质，因此无法直接运rakenC 来观察弹性分层中的声场。KrakenL:与 KrakenC 类似，可以计算弹性介质中的弹性位移和弹性应力。很少被应用，而且未来也不会再更新。第二部分： 基本绘图程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅海水平固定阵阵形对匹配场定位性能的影响[J]. 彭水,袁蓉,徐国贵. 舰船科学技术. 2015(09)
[2]海底水平阵性能分析[J]. 李澍,章新华,周敏,郑文强,徐伟东. 舰船科学技术. 2014(09)
[3]基于特征提取的匹配场处理[J]. 王奇,王英民,诸国磊. 火力与指挥控制. 2014(05)
[4]基于模拟退火算法的快速匹配场处理[J]. 王奇,王英民,苟艳妮. 电声技术. 2013(09)
[5]浅海中水平阵时反聚焦性能研究[J]. 陈羽,倪明,张振慧. 应用声学. 2011(04)
[6]基于环境扰动的线性匹配场处理方法[J]. 杨坤德,马远良,邹士新,雷波. 声学学报. 2006(06)
[7]不确定环境下的稳健自适应匹配场处理研究[J]. 杨坤德,马远良,张忠兵,邹士新. 声学学报. 2006(03)
[8]浅海中水平阵的匹配定位[J]. 马力. 声学学报. 1996(S1)
[9]基于声线理论的水声被动定位原理[J]. 孙枕戈,马远良,屠庆平,姜小权. 声学学报. 1996(05)
博士论文
[1]水声信号的匹配场处理技术研究[D]. 杨坤德.西北工业大学 2003
本文编号：3498446
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同深度水平阵的匹配场定位模糊平面
JASA 的文章中实现了基于压缩感知的基追踪[44]，将匹配场问题转换为未定的凸优化问题。理论推导和仿真结果表明，对于单一声源，对于任意数量快拍，压缩感知（CS）处理器和 Bartlett 处理器的结果相同。而对于单个和多个非相干源，仿真结果表明，压缩感知（CS）处理器相对于自适应白噪声约束处理器定位性能有所改进。Tollefsen 使用阵列相干和阵列非相干处理器对 SWellEx-96 浅海试验数据中的两个水平阵数据进行处理[45]，处理效果均优于分别对单个阵列数据的处理效果。1.4 本文主要研究内容垂直阵可以在深度上采集较多的声传播信息，对绝大部分简正波模态精确采样，因此多年来在水声领域广受研究人员青睐，其匹配场定位算法较为成熟。本文对现有垂直阵匹配场定位算法进行较为深入的学习与研究，通过仿真实验以及海上试验数据处理验证算法可靠性，然后以垂直阵匹配场定位算法为基础，通过理论与仿真实验探索、提出基于海底水平固定阵的匹配场定位算法，得到稳健性较好的海底水平固定阵匹配场定位算法，并进行误差分析，最后用实测海上试验数据验证算法有效性。
第 14 页图 2.1 Kraken 程序模块结构图第一部分：模式计算Kraken:读取环境文件*.env，求解简正波的模式，并写入到输出文件*.mod 以直接应用于弹性介质，但计算过程中忽略了弹性介质中的材料吸收衰减。KrakenC:Kraken 的另一个版本，在复平面内计算特征值。Kraken 利用扰动只计算特征值的实部，而 KrakenC 计算特征值的复数值。KrakenC 的运行速约比 Kraken 慢 3 倍，但是它考虑了模式泄露与弹性介质中的材料衰减吸收序内部 KrakenC 是用一组等价的反射系数来代替弹性介质，因此无法直接运rakenC 来观察弹性分层中的声场。KrakenL:与 KrakenC 类似，可以计算弹性介质中的弹性位移和弹性应力。很少被应用，而且未来也不会再更新。第二部分： 基本绘图程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅海水平固定阵阵形对匹配场定位性能的影响[J]. 彭水,袁蓉,徐国贵. 舰船科学技术. 2015(09)
[2]海底水平阵性能分析[J]. 李澍,章新华,周敏,郑文强,徐伟东. 舰船科学技术. 2014(09)
[3]基于特征提取的匹配场处理[J]. 王奇,王英民,诸国磊. 火力与指挥控制. 2014(05)
[4]基于模拟退火算法的快速匹配场处理[J]. 王奇,王英民,苟艳妮. 电声技术. 2013(09)
[5]浅海中水平阵时反聚焦性能研究[J]. 陈羽,倪明,张振慧. 应用声学. 2011(04)
[6]基于环境扰动的线性匹配场处理方法[J]. 杨坤德,马远良,邹士新,雷波. 声学学报. 2006(06)
[7]不确定环境下的稳健自适应匹配场处理研究[J]. 杨坤德,马远良,张忠兵,邹士新. 声学学报. 2006(03)
[8]浅海中水平阵的匹配定位[J]. 马力. 声学学报. 1996(S1)
[9]基于声线理论的水声被动定位原理[J]. 孙枕戈,马远良,屠庆平,姜小权. 声学学报. 1996(05)
博士论文
[1]水声信号的匹配场处理技术研究[D]. 杨坤德.西北工业大学 2003
本文编号：3498446
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3498446.html
