多源声层析中的多途时延估计方法研究

发布时间：2020-03-11 07:55

【摘要】：海洋声层析技术是从声音传播时间数据或其它的声传播特性来推断声场穿过的区域的海洋特性。基于声信号多途传播时间反演海水声速剖面是一种重要的海洋声层析方法,精确获得声信号多途时延信息对于研究海洋声层析技术具有重要意义。为了实现一定区域内的声层析研究,需要在不同的位置布放声源,通过各个方向声信号到达接收处的时间信息来反演声速剖面,那么在接收处就需要有效地区分不同声源发射的信号,本文针对海洋声层析的实际需求,研究了多源分辨和时延估计的方法。引入多址通信中多址技术的概念,发射信号采用伪随机序列中的m序列,不同的声源信号分配不同的m序列形式,实现了声层析中的多源分辨。论文基于射线声学理论,给出了海洋声层析接收信号模型,仿真分析了水平分层介质中不同海洋环境下的信道结构,并运用拷贝相关和MUSIC算法仿真多途时延估计性能,以及多源情况下m序列分辨信源的性能。应用本文研究的方法处理了海试数据。研究结果显示:m序列能有效的区分不同声源发射来的信号,并有利于多途时延信息提取,MUSIC算法在信噪比较高的条件下性能优于拷贝相关法。
【图文】：

水平剖面,海水

１．２．１海洋声层析概述逡逑２０世纪７０年代，人们开始进行海洋潮汐、内波等海洋现象的研究，并陆续给出了逡逑这些现象的原理。海洋中尺度涡旋理论的建立，冲破了传统的海流形成机理思想，但是逡逑利用传统的海洋调查方法去观测中尺度涡现象是比较困难的，针对这个问题，在上世纪逡逑８０年代，Ｍｕｎｋ和Ｗｕｎｓｃｈ正式提出了海洋声层析（Ｏｃｅａｎ邋Ａｃｏｕｓｔｉｃ邋Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ邋，简称逡逑ＯＡＴ）概念［２］，他们分别从理论和技术上论证了用声学方法来监测海洋中尺度现象的可行逡逑性。并在１９８１年完成了首次海洋声层析验证实验，随后，越来越多的机构开始研究海逡逑洋声层析的应用。逡逑海洋声层析实验一般是在待测量海域布置若干个声源和接收器，声信号由声源出逡逑发，沿着不同路径到达接收器（如图１．１和１．２所示），因此接收的信号携带了传播路径逡逑海域的环境信息，利用精确测量到的声线的到达时间等数据，结合水声传播原理就可以逡逑推断出海水的环境参数。这种方法的优点在于［３＇４］：邋１、少量的人力物力就可以长时间监逡逑测大范围内的海洋环境；２、声传播的累计效应可以获得直接测量难以获得的时间平均、逡逑空间综合的结果；３、由外围的测量结果就能够知道海洋内部的环境信息；４、可以采用逡逑一对声源－水听器利用声信道的多途特性就能实现垂直采样。逡逑

声层析,声源,声传播,海洋

洋声层析的应用。逡逑海洋声层析实验一般是在待测量海域布置若干个声源和接收器，声信号由声源出逡逑发，沿着不同路径到达接收器（如图１．１和１．２所示），因此接收的信号携带了传播路径逡逑海域的环境信息，利用精确测量到的声线的到达时间等数据，，结合水声传播原理就可以逡逑推断出海水的环境参数。这种方法的优点在于［３＇４］：邋１、少量的人力物力就可以长时间监逡逑测大范围内的海洋环境；２、声传播的累计效应可以获得直接测量难以获得的时间平均、逡逑空间综合的结果；３、由外围的测量结果就能够知道海洋内部的环境信息；４、可以采用逡逑一对声源－水听器利用声信道的多途特性就能实现垂直采样。逡逑＇逦１５０邋丨《邋？邋丨00邋Ｍ邋Ｗ逡逑卢３锏？邋ｒ１逦距离逡逑图１．１海水水平剖面声层析逦图１．２海水垂直剖面声层析逡逑１９７８年，Ｍｏｄｅ邋Ｇｒｏｕｐ分析了海洋环流动能和海洋中尺度现象之间的密切关系［５１。逡逑１逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN911.23

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