高阶矢量水听器阵列信号处理

发布时间：2020-06-15 19:36

【摘要】：低信噪比条件下的水下远场目标声源方位估计问题是国家迫切需要解决的问题,同时也是领域难题。现有的解决方法中,占主导地位的是基于声压阵和矢量阵的目标方位估计方法。但是想要基于主流传感器,单从优化处理算法上获得较大的突破是比较困难的。现在将目光着眼于更高阶,为解决这类问题提供一种新的思路。高阶物理场拥有更多的信号量,包含了更加全面的声场信息,引起了国内外学者的关注,一些关于高阶物理场的研究成果相继发表。本文在总结国内外现有研究成果的基础上,从高阶声场的物理机理出发,基于泰勒级数展开讨论了利用声场高阶量构成的任意阶广义声学传感器在目标方位估计中的性能潜力,分析了其各通道的输出空间相关性。分析得出相对于更高阶,二阶传感器具有更高的研究价值。但目前已有的研究成果中,对二阶传感器目标方位估计的研究还较少,且都是将单个二阶传感器各通道作为独立通道处理的,并没有充分发挥二阶传感器的优势。本文针对二阶传感器,首先推导了其各通道输出空间相关性、单通道指向性和多通道组合指向性,这些理论是阵列设计、方位估计和性能评价的基础;接着,将矢量传感器信号处理方法引入高阶,研究基于二阶矢量水听器的信号处理算法,利用常规波束形成和MVDR两种波束形成器对单个二阶传感器和二阶传感器均匀线阵列的目标方位估计进行仿真,从波束宽度、左右舷、信噪比门限、抑制噪声能力、空间多声源的分辨能力等方面讨论了二阶矢量水听器的方位估计性能。在该部分研究中,首次将联合处理思想运用到二阶传感器方位估计中,取得了显著的增益,验证了联合处理思想的优势;进一步,基于波束图乘积定理,通过设计二阶传感器波束图的组合指向性,研究了二阶传感器在控制栅瓣、消除后瓣、抑制左右舷等方面的性能潜力;最后,类比力学中的应力主方向理论,首次探讨了一种基于声场二阶信号量张量特性的空间方位估计算法,该算法物理意义清晰直观,可以实现单传感器方位估计,文中详细分析了该算法原理,讨论了理论估计误差,证明了算法的可行性。本文的研究工作是以严密的理论推导为基础的。因为本文中的研究是基于水声学的,这里的传感器主要指的是水听器,但文中的方法在空气声学中也同样适用。
【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】：TB565.1
【图文】：

平面波,声压,布放,直角坐标系

哈尔滨工程大学硕士学位论文偏导数 ( )l , m ,np t ，就能确定空间任意点 ( x , y ,z )处了 0 阶广义声压传感器，也就是常规的声压传感器义声传感器。该传感器是声压梯度或矢量传感器，三个空间一阶偏导数）。当 v = 2时，等式(2-5)定义学二元传感器。二元传感器测量声压、声压梯度和定的阶数v，利用等式(2-5)就能推测出测量点周围随着v的增加提高。v值可以用均方分析计算声压场泰勒级数近似的百（波长的百分比）的函数。已有前人做过此类计算感器推测空间点声压场用等式(2-5)对平面波声场推算能得到较为理想的结了沿着直角坐标系k 方向传播的平面波，在原点处

结构图,声传感器,多通道滤波,等式

-18)变为( ) ( ) ( )0vds d sdg g φ θa=n n = , = n n sin sin cos ( )cos coss s s sn n = φ φ θ θ +φ φ-20)表示多通道滤波器的波束图，相当于v阶声传感器的波束图滤波器的基本结构方程如下( ) ( ) ( )0 , , , ,vd ddp ω φ θ A ω pω φ θ== ( ) ( ), , , ,, ,vd l m n l m nl m n dp ω φ θ b pω+ + == ( ) ( ) ( ) ( ), ,sin cos cos sin, ,l m n l ml m n s s s sdbl m nφ φ θ θ+ = -22)与等式(2-15)本质上是相同。等式(2-23)和(2-24)由等式(2-1-10)中的x， y， z被等式(2-19)中相应的分量替代。图 2.2 给出了多声道滤波器的结构图。

【参考文献】