基于ARK-3500平台的垂直阵目标探测方法研究及软件实现
发布时间：2021-10-26 20:44
我国海洋的安全问题已经成为一个重要的课题,目标探测更是其中重要的组成部分之一。最新的声呐系统一般采用多个水听器的组合形成水听器基阵以及更有效率的信号处理方法来实现对目标的探测,垂直阵更是因其布放、回收方便和易于大规模实现的特点,在水声工程项目中被更为广泛地应用。本论文基于水声光纤垂直阵,软件平台基于ARK-3500工控机,软件具体包括:基于ARK-3500平台的软件框架搭建,数据流控制与信息交互;基于相移波束形成方法的目标俯仰角测量;基于小数时延波束形成方法的时域波束形成实现及线谱检测等。论文阐述了基于垂直阵背景的相移和时延波束形成,根据实际阵列进行仿真研究,在低采样率下,波束输出会发生畸变,进一步阐述了多种小数时延波束形成的方法和仿真研究对比。论文还有关于水声目标探测过程中常见的LOFAR谱分析和DEMON谱分析,给出了自主检测目标算法软件的思路流程。论文最后一章主要是目标探测算法的软件实现,在LINUX系统平台上用C语言实现,软件包括采用多进程技术软件框架、目标探测算法模块、基于UDP协议的网络通信模块和与上位机通信的RS232串口模块和采集姿态传感器的RS485串口模块。最后通过...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
垂直阵探测系统示意图
第 2 章 阵列信号处理阵或者平面阵的法线方向上才能够获得同向相加，当对于一个阵列的形状未知的时候不一定存在一个入射角度θ 使得各个阵元实现同向相加，使得 R (θ )最大。因此，我们需要对每一个阵元做一定的处理，使得在探测目标的方向上它们能够实现同相相加。从图2.3(a)、(b)的对比可以看出，对于等间隔线阵来说，阵元间隔与波长的关系也很重要，当两者的值设置不合理 d > 1/ 2的时候，会出现如图 2.3(b)所示的副极大值，影响实际效果。
X1(t)X2(t)XN(t) τNτ2τ1ω2ωNΣ y(t)图 2.4 时间延迟波束形成原理示意图时延波束形成的好处是与信号的频率没有关系，同时对信号的形式没有特别的要求，但在实际的工程应用中，采样率不可能无限大，存储空间也存在一定的限制，所以采样率的大小限制着波束形成结果的精度。在实际 MATLAB 软件仿真的时候，常规的时延波束形成只能够通过对整数个采样点的移动来达到时间补偿的效果，这就降低了输出的效果，所以在下一节中，将针对这些问题进一步提出小数时延的解决办法。下面对时延波束形成做 MTALAB 仿真，针对宽带信号：垂直阵阵元个数是 16，信号处理带宽范围：1-1.5kHz，信号长度：1s，阵元间距为 1.5kHz 半波间距，信号的形式是高斯白噪声，目标俯仰角为 60°，噪声的形式是高斯白噪声，信噪比为 10dB。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现[J]. 周天,张秉致,杜伟东,彭东东. 通信学报. 2014(06)
[2]小数时延补偿算法的设计及应用[J]. 江悟,舒逢春. 天文研究与技术. 2011(04)
[3]矢量信号处理结合DEMON谱的多目标分辨算法[J]. 王逸林,殷敬伟,梅继丹. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(04)
[4]工控机行业的现状及技术发展趋势[J]. 朱辉. 电子技术应用. 2009(05)
[5]时域和频域宽带数字波束形成方法研究[J]. 张灵珠,杨晓冬,刘枫. 系统仿真技术. 2008(04)
[6]基于MVDR的阵列信号波束域预处理算法[J]. 游鸿,黄建国,徐贵民. 系统工程与电子技术. 2008(01)
[7]工控机的现状与前景[J]. 张立克,常建军. 水利电力机械. 2007(01)
[8]Linux技术热点和发展趋势[J]. 乔永. 软件世界. 2006(14)
[9]基于单矢量水听器四种方位估计方法[J]. 姚直象,惠俊英,殷敬伟,杨娟. 海洋工程. 2006(01)
[10]基于DEMON线谱的轴频提取方法研究[J]. 殷敬伟,惠俊英,姚直象,杨春. 应用声学. 2005(06)
博士论文
[1]水声阵列探测算法及系统关键技术研究[D]. 蒋佳佳.天津大学 2014
[2]多基地声纳关键技术研究[D]. 邹吉武.哈尔滨工程大学 2012
[3]水声阵列信号处理理论及实验研究[D]. 陈阳.哈尔滨工程大学 2010
[4]阵列信号处理相关技术研究[D]. 陈四根.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]宽带数字阵实时延迟技术[D]. 贾艳红.电子科技大学 2010
[2]宽带波束形成算法设计与实现[D]. 陈其璋.浙江大学 2008
[3]宽带恒定束宽数字波束形成及实现[D]. 陈彬.电子科技大学 2008
[4]宽带恒定束宽波束形成方法研究[D]. 白梅.电子科技大学 2008
[5]单矢量水听器信号处理研究[D]. 姚直象.哈尔滨工程大学 2005
[6]被动目标DEMON检测方法研究及处理系统方案设计[D]. 鲍雪山.哈尔滨工程大学 2005
[7]时域宽带波束形成方法及实验研究[D]. 唐建生.西北工业大学 2004
本文编号：3460173
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
垂直阵探测系统示意图
第 2 章 阵列信号处理阵或者平面阵的法线方向上才能够获得同向相加，当对于一个阵列的形状未知的时候不一定存在一个入射角度θ 使得各个阵元实现同向相加，使得 R (θ )最大。因此，我们需要对每一个阵元做一定的处理，使得在探测目标的方向上它们能够实现同相相加。从图2.3(a)、(b)的对比可以看出，对于等间隔线阵来说，阵元间隔与波长的关系也很重要，当两者的值设置不合理 d > 1/ 2的时候，会出现如图 2.3(b)所示的副极大值，影响实际效果。
X1(t)X2(t)XN(t) τNτ2τ1ω2ωNΣ y(t)图 2.4 时间延迟波束形成原理示意图时延波束形成的好处是与信号的频率没有关系，同时对信号的形式没有特别的要求，但在实际的工程应用中，采样率不可能无限大，存储空间也存在一定的限制，所以采样率的大小限制着波束形成结果的精度。在实际 MATLAB 软件仿真的时候，常规的时延波束形成只能够通过对整数个采样点的移动来达到时间补偿的效果，这就降低了输出的效果，所以在下一节中，将针对这些问题进一步提出小数时延的解决办法。下面对时延波束形成做 MTALAB 仿真，针对宽带信号：垂直阵阵元个数是 16，信号处理带宽范围：1-1.5kHz，信号长度：1s，阵元间距为 1.5kHz 半波间距，信号的形式是高斯白噪声，目标俯仰角为 60°，噪声的形式是高斯白噪声，信噪比为 10dB。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现[J]. 周天,张秉致,杜伟东,彭东东. 通信学报. 2014(06)
[2]小数时延补偿算法的设计及应用[J]. 江悟,舒逢春. 天文研究与技术. 2011(04)
[3]矢量信号处理结合DEMON谱的多目标分辨算法[J]. 王逸林,殷敬伟,梅继丹. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(04)
[4]工控机行业的现状及技术发展趋势[J]. 朱辉. 电子技术应用. 2009(05)
[5]时域和频域宽带数字波束形成方法研究[J]. 张灵珠,杨晓冬,刘枫. 系统仿真技术. 2008(04)
[6]基于MVDR的阵列信号波束域预处理算法[J]. 游鸿,黄建国,徐贵民. 系统工程与电子技术. 2008(01)
[7]工控机的现状与前景[J]. 张立克,常建军. 水利电力机械. 2007(01)
[8]Linux技术热点和发展趋势[J]. 乔永. 软件世界. 2006(14)
[9]基于单矢量水听器四种方位估计方法[J]. 姚直象,惠俊英,殷敬伟,杨娟. 海洋工程. 2006(01)
[10]基于DEMON线谱的轴频提取方法研究[J]. 殷敬伟,惠俊英,姚直象,杨春. 应用声学. 2005(06)
博士论文
[1]水声阵列探测算法及系统关键技术研究[D]. 蒋佳佳.天津大学 2014
[2]多基地声纳关键技术研究[D]. 邹吉武.哈尔滨工程大学 2012
[3]水声阵列信号处理理论及实验研究[D]. 陈阳.哈尔滨工程大学 2010
[4]阵列信号处理相关技术研究[D]. 陈四根.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]宽带数字阵实时延迟技术[D]. 贾艳红.电子科技大学 2010
[2]宽带波束形成算法设计与实现[D]. 陈其璋.浙江大学 2008
[3]宽带恒定束宽数字波束形成及实现[D]. 陈彬.电子科技大学 2008
[4]宽带恒定束宽波束形成方法研究[D]. 白梅.电子科技大学 2008
[5]单矢量水听器信号处理研究[D]. 姚直象.哈尔滨工程大学 2005
[6]被动目标DEMON检测方法研究及处理系统方案设计[D]. 鲍雪山.哈尔滨工程大学 2005
[7]时域宽带波束形成方法及实验研究[D]. 唐建生.西北工业大学 2004
本文编号：3460173
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