水下声学正视成像的稀疏基阵优化与设计

发布时间：2017-08-28 10:26

  本文关键词：水下声学正视成像的稀疏基阵优化与设计

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【摘要】：水下正视成像是探测领域中的热点问题,声学传感器基阵式水下成像是一个重要方向。然而基阵式成像技术存在系统复杂、成本高、成像帧速低等问题。在减少系统复杂性和建造成本方面,采用稀疏化的传感器基阵构成MIMO阵列是途径之一,在基阵稀疏优化方面进行深入研究并取得如下成果。采用雷达领域常用的凸优化阵列综合方法优化设计一个稀疏基阵。根据水下声学成像系统的要求设定目标函数：阵列大小和旁瓣电平,然后进行多次的迭代优化出期望的稀疏阵列。接着对优化的基阵进行成像仿真,成像效果约有3cm的纵向分辨率和9.2。的角度分辨率,可以完成对目标的判断,同时可以实现降低系统成本的目的。采用虚拟阵元技术实现基于方形基阵的优化设计。在期望虚拟基阵的基础上,优化设计发射阵元和接收阵元的位置,达到了用尽量少的发射阵元和接收阵元实现期望基阵的效果。再结合性能良好的发射信号可以实现一次发射进行成像的目的,来提高了成像帧速率。通过点目标和几何目标的成像仿真,结果表明：点目标显示约有3cm的纵向分辨率和5。的角度分辨率,几何目标的特征和结构细节明显,能够对目标进行识别。稀疏基阵在满足了成像要求的同时,还降低了系统的复杂性和成本。通过两种方法优化设计的基阵的成像结果可得：两种优化的基阵可以用于水下声学成像。凸优化方法优化设计的阵列在探测距离向和基于虚拟阵元技术设计的稀疏基阵有着相似的分辨率,但是其角度分辨率相对要差一些,主要是受阵列的阵元数目的影响。因此,凸优化方法优化的基阵分辨率还有待提高。
【关键词】：水下声学成像 传感器阵列 稀疏优化 凸优化 虚拟阵元
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TB56
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 稀疏阵列优化的研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 论文主要内容和结构安排13-15
• 1.3.1 论文主要解决的问题13
• 1.3.2 论文的内容安排13-15
• 第二章 基阵成像系统的基础15-29
• 2.1 水下声学成像特点15
• 2.2 水下成像的形式15-17
• 2.2.1 声呐声学成像15-17
• 2.2.2 正视声学成像17
• 2.3 基阵式聚焦水下成像系统17-21
• 2.3.1 时叠加波束形成17-19
• 2.3.2 相位控制波束形成19
• 2.3.3 MUSIC波束形成19-20
• 2.3.4 频域波束形成20-21
• 2.4 基阵式成像系统的发射信号21-28
• 2.4.1 二相编码信号22-23
• 2.4.2 线性调频信号23-24
• 2.4.3 伪随机码调制线性调频的复合信号24-26
• 2.4.4 复合信号的模糊函数26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 稀疏成像基阵形式29-37
• 3.1 稀疏基阵29-30
• 3.2 L型稀疏基阵30-32
• 3.2.1 L型阵列模型30-32
• 3.3 十字型稀疏基阵32-35
• 3.3.1 十字型阵列模型32-35
• 3.4 成像基阵的发展趋势35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 凸优化的阵列综合方法37-48
• 4.1 常用几种阵列综合方法37-40
• 4.1.1 模拟退火算法37-38
• 4.1.2 遗传算法38-39
• 4.1.3 粒子群算法39-40
• 4.2 凸优化的阵列综合方法40-44
• 4.2.1 稀疏阵列模型40-42
• 4.2.2 实验仿真42-44
• 4.3 成像仿真44-47
• 4.3.1 点目标的仿真45-46
• 4.3.2 几何目标仿真46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 基于虚拟阵元技术的稀疏基阵优化设计48-62
• 5.1 虚拟阵元技术48-49
• 5.2 2-D稀疏基阵的优化设计49-54
• 5.3 接收波束图仿真54-56
• 5.4 目标成像仿真56-61
• 5.4.1 参数设置56-58
• 5.4.2 点目标仿真58-59
• 5.4.3 几何目标仿真59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 全文总结62-63
• 6.2 研究展望63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 作者简介71
• 攻读硕士学位期间发表论文71
• 攻读硕士学位期间参与项目情况71

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本文编号：747595