水下噪声源高分辨率定位识别技术研究
发布时间：2021-11-25 20:58
潜艇辐射噪声是衡量其作战性能及生存能力的重要指标,是破坏其声隐身性能的主要因素。有针对性地对潜艇辐射噪声进行测量分析,努力降低潜艇噪声,提高潜艇的声隐身性对发挥其作战使命任务至关重要。因此,提升水下大型结构噪声测量水平,获得其噪声源空间分布情况,并估计各噪声源强度,对提高潜艇综合声隐身性能具有重要意义。本文以实现水下噪声源高分辨率定位识别为主要研究内容,针对现有的高分辨率算法应用于水下声系统中存在的局限性及诸多缺陷,分别从空间谱估计、阵列预处理及后处理三方面提出解决上述问题的方法。针对传统高分辨率算法存在无法识别噪声源绝对强度、识别声源类型单一且对相干声源处理能力低等问题。论文基于子空间类算法的高分辨率特性,利用特征矢量及预设声源建立各子空间内声源向量的重构模型,结合范数约束条件研究一种基于似P范数特征分解的复杂声源高分辨率定位识别方法（P-EVD）。理论推导及仿真分析显示该方法可实现对多类型声源方位和强度的准确估计而无需考虑其相干性,有效消除了传统算法分辨率不足对相干声源处理能力不佳的问题。对可能影响算法的各种参数进行了分析讨论,给出该方法可正确实施的适用范围,并通过对几种典型声源的...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１水下噪声源测量模型??Ｆｉｇｕｒｅ２．１?Ｔｈｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｎｏｉｓｅ?ｓｏｕｒｃｅ??
Ｆｉｇｕｒｅ２．３?Ｓｉｇｎａｌ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｅｎｓｐａｃｅ?ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｌｐ?ｎｏｒｍ??２．３?Ｐ－ＥＶＤ算法性能对比分析??２．３．１?Ｐ范数参数选取??式（２－１５）中ｐ的取值对算法的性能和求解难度有着很大的影响。在理想情况下，希??望ｐ取值为０可保证上式中待求信号￥具有最大稀疏度，最接近理论解，然而此时Ｌ。??为非凸的，求解起来非常困难。尽管存在贪婪算法［１１８］与门限算法［１１９］两种可直接求解Ｉ。??问题的方法，但贪婪算法计算效率低，收敛缓慢，很难获取全局最优解；尽管门限算??法具有令人满意的收敛速率，但该方法不能获得连续解，且对噪声十分敏感，同样不??能保证最优解得获取。为了使对稀疏问题的求解变得可行，一般是由＆问题来替代＆??问题，从而将一个组合优化问题放松到一个凸优化问题来求解。与Ｉ。问题相较，厶是??１７??
但由Ａ约束获得的问题解往往与真实稀疏解（Ａ的解）的差距甚大，只有在很严格的条??件下才与Ｚ。问题求解结果具有等价性［１２（）］。因此一个自然的解决方法就是使用＆框架??（０?＜?；？?＜?１）进行求解。图２．４所示为的稀疏性随值变化的关系。??最稀疏?很稀疏?较稀疏?不稀疏?最不稀疏??Ｌｔ?—Ｃｂ）?（￡３）?Ｃ＾）?（＾２）?？?（＾）??非凸?非凸规划?胃?光滑凸规划?不易求解??凸规划??图２．４?的稀疏性随ｐ值的变化关系??Ｆｉｇｕｒｅ２．４?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｐａｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｌｐ?ｎｒｏｍ?ａｎｄ?ｐ??为了选取最优ｐ范数，以单极子源作为声波传播模型，考虑由１００个声压水听器??构成均勻网格阵；目标声源位于与测量阵列平行的；ｃ－ｚ平面上，声源扫描面存在２０００??个扫面点；基阵面与扫描面相距５／？；设水中声速为１５００／？＾；背景噪声为高斯白噪声
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合主动时间反转算法的短基线定位研究[J]. 李壮,乔钢,何超,赵海洋. 声学学报. 2013(03)
[2]水下声传感器阵列虚拟扩展技术研究[J]. 梁国龙,马巍,范展,王逸林. 哈尔滨工程大学学报. 2012(10)
[3]基于虚拟时间反转镜的短基线定位研究[J]. 李壮,乔钢,王健培,孙宗鑫. 应用声学. 2012(04)
[4]柱体表面圆环阵稳健高增益波束形成的模态域直接优化方法研究[J]. 汪勇,杨益新. 声学学报. 2012(03)
[5]从阵元域到模态域阵列信号处理[J]. 鄢社锋,侯朝焕,马晓川. 声学学报. 2011(05)
[6]三种虚拟阵元内插超分辨测向算法的性能对比[J]. 陈文晟,许小剑. 北京航空航天大学学报. 2011(05)
[7]双面Patch近场声全息实验研究[J]. 毕传兴,唐琦,张永斌,贺春东. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
[8]球体表面圆环阵模态域稳健高增益波束形成方法研究[J]. 钱琛,杨益新,郭国强. 声学学报. 2010(06)
[9]虚拟迭代时间反转镜被动选择聚焦技术研究[J]. 生雪莉,罗方方,郭咏,郭龙祥. 兵工学报. 2010(03)
[10]基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究[J]. 毕传兴,张永斌,徐亮,陈心昭. 物理学报. 2010(02)
硕士论文
[1]虚拟阵元波束形成方法研究[D]. 胡鹏.西北工业大学 2006
[2]基于矢量水听器的虚拟阵元波束形成研究[D]. 孙颖.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3518787
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１水下噪声源测量模型??Ｆｉｇｕｒｅ２．１?Ｔｈｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?ｎｏｉｓｅ?ｓｏｕｒｃｅ??
Ｆｉｇｕｒｅ２．３?Ｓｉｇｎａｌ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｅｎｓｐａｃｅ?ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｌｐ?ｎｏｒｍ??２．３?Ｐ－ＥＶＤ算法性能对比分析??２．３．１?Ｐ范数参数选取??式（２－１５）中ｐ的取值对算法的性能和求解难度有着很大的影响。在理想情况下，希??望ｐ取值为０可保证上式中待求信号￥具有最大稀疏度，最接近理论解，然而此时Ｌ。??为非凸的，求解起来非常困难。尽管存在贪婪算法［１１８］与门限算法［１１９］两种可直接求解Ｉ。??问题的方法，但贪婪算法计算效率低，收敛缓慢，很难获取全局最优解；尽管门限算??法具有令人满意的收敛速率，但该方法不能获得连续解，且对噪声十分敏感，同样不??能保证最优解得获取。为了使对稀疏问题的求解变得可行，一般是由＆问题来替代＆??问题，从而将一个组合优化问题放松到一个凸优化问题来求解。与Ｉ。问题相较，厶是??１７??
但由Ａ约束获得的问题解往往与真实稀疏解（Ａ的解）的差距甚大，只有在很严格的条??件下才与Ｚ。问题求解结果具有等价性［１２（）］。因此一个自然的解决方法就是使用＆框架??（０?＜?；？?＜?１）进行求解。图２．４所示为的稀疏性随值变化的关系。??最稀疏?很稀疏?较稀疏?不稀疏?最不稀疏??Ｌｔ?—Ｃｂ）?（￡３）?Ｃ＾）?（＾２）?？?（＾）??非凸?非凸规划?胃?光滑凸规划?不易求解??凸规划??图２．４?的稀疏性随ｐ值的变化关系??Ｆｉｇｕｒｅ２．４?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｐａｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｌｐ?ｎｒｏｍ?ａｎｄ?ｐ??为了选取最优ｐ范数，以单极子源作为声波传播模型，考虑由１００个声压水听器??构成均勻网格阵；目标声源位于与测量阵列平行的；ｃ－ｚ平面上，声源扫描面存在２０００??个扫面点；基阵面与扫描面相距５／？；设水中声速为１５００／？＾；背景噪声为高斯白噪声
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合主动时间反转算法的短基线定位研究[J]. 李壮,乔钢,何超,赵海洋. 声学学报. 2013(03)
[2]水下声传感器阵列虚拟扩展技术研究[J]. 梁国龙,马巍,范展,王逸林. 哈尔滨工程大学学报. 2012(10)
[3]基于虚拟时间反转镜的短基线定位研究[J]. 李壮,乔钢,王健培,孙宗鑫. 应用声学. 2012(04)
[4]柱体表面圆环阵稳健高增益波束形成的模态域直接优化方法研究[J]. 汪勇,杨益新. 声学学报. 2012(03)
[5]从阵元域到模态域阵列信号处理[J]. 鄢社锋,侯朝焕,马晓川. 声学学报. 2011(05)
[6]三种虚拟阵元内插超分辨测向算法的性能对比[J]. 陈文晟,许小剑. 北京航空航天大学学报. 2011(05)
[7]双面Patch近场声全息实验研究[J]. 毕传兴,唐琦,张永斌,贺春东. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
[8]球体表面圆环阵模态域稳健高增益波束形成方法研究[J]. 钱琛,杨益新,郭国强. 声学学报. 2010(06)
[9]虚拟迭代时间反转镜被动选择聚焦技术研究[J]. 生雪莉,罗方方,郭咏,郭龙祥. 兵工学报. 2010(03)
[10]基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究[J]. 毕传兴,张永斌,徐亮,陈心昭. 物理学报. 2010(02)
硕士论文
[1]虚拟阵元波束形成方法研究[D]. 胡鹏.西北工业大学 2006
[2]基于矢量水听器的虚拟阵元波束形成研究[D]. 孙颖.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3518787
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