基于单发多收的阵列水声探测算法研究与系统设计

发布时间：2025-02-26 20:42

　　21世纪是海洋的世纪,海洋对国家的生存与发展、主权与安全具有重要战略意义。为适应我国经济社会的发展,国家更是提出了“海洋强国”战略。合理探索和利用海洋资源的难点在于水下环境的探测,空间谱估计是一种实现水下探测的关键技术,在工业界和学术界得到越来越多的重视。近年来基于信号稀疏表示思想的波达方向估计算法得到了迅速的发展,能够在信噪比低,快拍数少和相干信源下有着较好的估计结果。但对于分布式源,由于不能很好的满足空间稀疏性假设,所以基于稀疏重建准则的空间谱估计方法在分布式源下没有很好的性能。另外,传统的空间谱估计方法大多基于被动探测模型。基于上述背景,本文的主要工作如下:首先,本文利用单发多收阵列系统主动探测的特性,提出了基于稀疏约束的匹配滤波时延估计方法,并进一步扩展到角度-距离的联合估计。不同于传统基于被动探测模型的角度-距离估计方法,所提出方法利用了收发信号波形特征和同步信息,并进一步利用稀疏特征。仿真表明,相较于被动探测参数估计方法,所提出方法可实现更高精度的空间谱估计。此外,本文通过分析稀疏信号表示形式在分布式源模型中应用的不足,建立了基于低秩约束准则的角度-距离二维联合估计数学模型,...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 水声环境的特点
    1.3 阵列声呐参数估计的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容和结构安排
第二章 阵列声呐参数估计基础理论与算法
    2.1 空间谱估计的系统结构
    2.2 空间谱估计基础理论
        2.2.1 空间谱估计数学模型
        2.2.2 窄带信号远场源模型
        2.2.3 窄带信号近场源模型
    2.3 传统空间谱估计算法
        2.3.1 Capon最小方差法
        2.3.2 多重信号分类算法
        2.3.3 信源数估计算法
        2.3.4 空间平滑算法
        2.3.5 FFT相移波束形成
    2.4 基于稀疏表示的波达方向估计算法
        2.4.1 稀疏信号的数学模型
        2.4.2 单快拍稀疏信号的重构算法
        2.4.3 多快拍稀疏信号的重构算法
        2.4.4 L1-SVD算法
    2.5 仿真实验
        2.5.1 Capon最小方差法与MUSIC性能对比仿真实验
        2.5.2 MDL信源数估计算法仿真实验
        2.5.3 空间平滑算法仿真实验
        2.5.4 角度距离MUSIC联合估计仿真实验
        2.5.5 MUSIC法与稀疏方法在波达方向估计中对比仿真实验
    2.6 本章小结
第三章 单发多收阵列系统的参数估计算法研究
    3.1 单发多收阵列系统概述
    3.2 基于稀疏约束的距离估计
        3.2.1 距离估计算法
        3.2.2 基于稀疏约束的匹配滤波距离估计算法
        3.2.3 仿真实验
    3.3 基于稀疏约束的角度-距离联合估计
        3.3.1 稀疏约束下算法的信号模型
        3.3.2 联合谱估计的稀疏重建算法
        3.3.3 仿真实验
    3.4 基于低秩约束的角度-距离联合估计
        3.4.1 低秩约束下的分布式源模型
        3.4.2 分布式源的低秩性分析
        3.4.3 低秩约束联合估计算法
        3.4.4 仿真实验
    3.5 本章小结
第四章 声呐水下探测系统的设计与实现
    4.1 声呐探测的原理与基本流程
    4.2 声呐系统及其工作流程
        4.2.1 系统参数概述
        4.2.2 系统工作原理概述
        4.2.3 系统工作流程
    4.3 探测系统的设计与实现
        4.3.1 TCP协议与UDP协议
        4.3.2 数据帧结构定义与设计
        4.3.3 系统逻辑与流程设计
    4.4 水池实验
    4.5 本章小结
总结和展望
    工作总结
    未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：4034357