模基信号处理水声定位方法研究

发布时间：2020-07-23 08:48

【摘要】：近年来,随着国家海洋政策的不断推出,加快建设海洋强国已成为国内发展的需要,水声技术的作用日益突出,而水声定位技术则为水声领域的热点之一。然而,如何在复杂多变的浅海环境中实现目标的探测、定位以及跟踪,提高定位精度和信号处理的性能,仍旧是现今水声定位技术的难点。三元阵定位等传统的定位方法无法实现声源深度的估计,且远距离定位时也会由声速梯度等因素而引起较大误差。随着匹配场技术的引入,匹配场被动定位技术得到广大水声专家与学者的青睐。在海洋信道模型近似真实海洋环境时,匹配场处理有着较为精准的定位结果,可较好地实现声源距离与深度的估计,且在噪声干扰的抑制和增益处理方面也有着较好的效果。然而,匹配场处理所采用的为确定性环境模型,而真实的海洋中,其信道的复杂性让匹配场处理常出现环境失配等问题,因而应用性受到一定限制。为解决匹配场失配的敏感性,提供一种更为稳健的定位方法,本文针对浅海环境情况开展了模基信号处理的水声定位方法研究。将环境模型、噪声模型、传播模型等物理模型与信号处理的知识相融合,提供了一种自适应的定位方法。较传统的信号处理技术而言,本文模型有着更为鲜明的性能优势,在工程应用方面也有着较为可观的应用前景。本文从模基技术的理论出发,采用简正波声场传播模型,建立了水中声源的定位系统,对序贯贝叶斯技术和粒子滤波器的理论进行了公式推导,建立了状态模型和测量模型,并构造了目标函数,在此基础上进行了水中目标的定位仿真。仿真结果收敛,且与真实值误差较小,能够比较准确的定位出目标的距离和深度。为进一步验证该方法的可靠性和定位的有效性,本文采用32元水听器垂直接收阵,进行了爆炸声源的定位,进一步处理了海上试验数据,将结果进行对比,定位结果与实际声源位置基本一致,验证了定位方法的性能,并对水中目标定位进行了误差分析、影响因素分析和性能优势分析。
【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】：TB56
【图文】：

定位系统

这标志着电子学第一次应用于水不久，在 1919 年德国物理学家发表了关于并对确定声传播距离产生重要影响的论文大战的间隙，由于电子学的发展，使得声纳仪”被发明并得以应用，美国海军实验室也中声传播机理有了更深一步的认识，发现度仪，人们对海水声吸收也有了比较透彻，水声定位技术得到了全面的发展，出现了产物，人们对影响声纳性能的各种参数有了也被人们采用。主动声纳的作用距离较战个水听器组成的被动声纳已被广泛应用，然长基线定位、短基线定位、超短基线定位基线、短基线和超短基线定位系统的声基线

匹配场,定位原理

图 1.2 匹配场定位原理配场处理可以分为线性匹配场和自适应匹配场处理两类。线性匹配场常。它通过测量数据直接相关的方法来估计声源的位置，特点是对环境参度相位误差和距离深度空间采样的敏感程度比自适应要弱，稳健性好。赖于环境失配的程度，且旁瓣较高，弱目标容易被掩盖。自适应匹配场的优点与匹配场融合，由拷贝场向量和采样协方差矩阵联合估计得到权效抑制旁瓣和干扰，但实际应用中，由于环境失配的限制，它的性能优标运动的多径信息去相干等因素也会导致性能的下降。表 1.1 线性匹配场和自适应匹配场的比较处理器特点性匹配场（Bartlett 处理器）稳健性好、旁瓣高，易出现环境失配自适应匹配场（AMFP）有效抑制旁瓣，易出现环境失配问配场的被动定位对环境的依赖性很高，容易受到失配问题的干扰。其中

保真度,复杂度,先验信息

从一定程度上解决了环境失配问题，使用动态模型相结合，有效的利用先验信息更新模型的参数，在处理低有着巨大发展潜力。号处理水声定位方法术并不是一个新概念。它是将测量模型、环境模型、噪声模，结合处理器提取有用信息，通过恰当的算法来估计模型的境的目标探测、定位、跟踪等的方法[1]。可以说，从本质上是模基方法，其中 AR 模型、MA 模型、ARMA 模型都是模广义的模基处理可以利用任何先验信息来获取有效信息，嵌了 MBP 的复杂度，而哪种模型更适用于实际工程应用取决于定因素污染的程度。当信噪比比较高时，用相对简单的非物息，当信噪比很低时就要依赖于更多的传播物理特性来选择真度和模基处理的复杂度关系如图 1.3[5]所示。

【参考文献】