浅海波导环境对垂直阵列信号处理影响研究

发布时间：2020-04-22 11:06

【摘要】：在自由空间的条件下,现代数字信号处理技术在水声阵列信号处理中的应用已经逐渐成熟。但当这些信号处理技术应用在浅海波导的环境条件下时,性能会受到很大的影响,同时也可以结合水声物理的相关知识,对浅海波导中的声场分布特征进行估计,得到更多有用的信息,并进行水平距离、声源深度等参数进行估计。本文首先对三种解波动方程的方法及对应模型声场预报方法,长线阵方位估计技术,浅海波导环境下垂直阵声探测技术的国内国外发展现状进行了介绍。然后研究了理想环境下稳健高分辨阵列信号处理算法,通过仿真理想环境下高分辨算法的应用效果,得出高分辨算法相比常规波束形成方法能够得到更窄的主瓣和更低的旁瓣的结论,以便在后续的研究中获得更好的由于多途产生不同到达角度分辨效果。接着研究了目前常用的基于Kraken和Bellhop仿真软件的两种声场建模技术,对于一定范围内海区的声场进行预报,为垂直阵在浅海波导环境下的性能仿真提供支撑。在波导环境下,对垂直阵信号处理的效果进行了仿真分析,重点分析了由于波导效应产生的影响,当声源位置不同时,垂直阵俯仰角方位历程图存在明显的多途现象的不同特征,可以利用这些特征来进行声源水平位置和深度的估计。最后重点研究了一种浅海波导环境下利用垂直阵波束形成结果对声源深度和与垂直阵之间的距离信息进行估计的方法,相比其他定位方法,能够解决高频声信号处理问题,实现过程简单,在高信噪比和阵列通过声源附近的情况下得到的结果较好。利用虚源法对浅海波导中多途现象进行粗估计补偿相位得到能量聚集的效果,然后使用匹配相位技术在浅海波导中声源位置进行定位,得到了不同仿真条件下的结论,并且通过湖试数据对上述方法进行了验证分析。
【图文】：

可以利用平面波假设来解决直线阵波束形成达式为[ ( ) ( ) ( sa = exp-jωτ exp jωτexp j12 权向量为：scM=aw 件可以得到：scHs s=awa aM，，则式(2-3)和式(2-4)是等价的，假设真实信记为sa ，从而可以得到权矢量对待估计的真实则( )HH:s sc s s c spM= = a aa a w a 规波束形成器的加权向量代入空间谱计算式中为：H2 H,2s x sy c c x cMσ = =a R aw R w

s.t. ww Rw w运用 Lagrange 乘数法，定义函数( ) ( H 2 H 0, F w λ w Rw + λ εw w式中λ 是实值 Lagrange 乘数法系数。上式对( 2 0Rw + λ εw 于是( λ λεw = R + 运用矩阵求逆定理可得( H 20s λλ λε= + w a R I 可见，WCPO 算法相对于经典对角加载法考2.3 高分辨算法的仿真结论根据 2.2 节所研究的自由场高分辨稳健结果，如图 2.2 所示。
【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】：2018
【分类号】：TN911.7

【参考文献】

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本文编号：2636453