基于高阶累积量的半圆阵声聚焦技术研究

论文摘要

舰船辐射噪声对其自身的隐蔽性有很大的影响，因此根据舰船噪声来对目标进行定位识别研究已经成为水声信号处理的热点。当基阵与目标的距离较近或者基阵孔径较小时，目标有可能处于阵列的近场范围内，同时，近场的区域警戒和近海岸的港口防御也越来越重要。所以，本文围绕处于基阵近场范围内目标的定位识别进行研究和讨论。本文总结了近场基阵理论以及阵列信号处理的相关方法，通过近场的声传播特性推导出近场条件下直线阵以及半圆阵的理论模型。利用所推导出模型给出了直线阵和半圆阵的近场聚焦结果，从而总结出半圆阵相比于直线阵克服了方位模糊问题。由于常规聚焦算法分辨率不理想、方位估计效果不好等，文章深入探讨了近场高分辨算法，同常规算法相比，MVDR、MNM以及MUSIC方法根据信号子空间与噪声子空间之间的特性对目标进行方位估计，因此高分辨算法具有更好的分辨率以及更理想的定位效果。针对常规聚焦算法中较低的阵列增益及对噪声的抑制效果不理想，本文利用四阶累积量算法来解决这一问题，根据该理论的相关特性，将其应用到空间谱估计中可以使基阵有效孔径得到有效扩展，并且使得基阵接收数据中的高斯噪声得到抑制。本文重点将高阶累积量和高分辨技术相结合应用到近场目标方位估计中。基于四阶累积量的高分辨方法相比于高分辨算法，其性能有明显的提高，主要是由于高阶累积量自身所具有的性质决定,即对高斯噪声有效抑制以及阵列扩展功能。本文比较了将基于四阶累积量的高分辨算法应用到直线阵和半圆阵中的不同情况，总结出半圆阵所具有的优势以及劣势。文章最后考虑到实际应用的情况，给出了软件设计的初步设计思想，利用了MATLAB和VC++混合编程方法来对软件进行设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景及意义
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内外声聚焦技术的研究现状
• 1.3.2 基于高阶累积量算法的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 近场基阵理论及阵列信号处理基础
• 2.1 引言
• 2.2 基阵接收信号的理论模型
• 2.3 波束形成的基本原理
• 2.4 近场波束形成理论模型
• 2.4.1 基于线阵的近场模型
• 2.4.2 基于半圆阵的近场模型
• 2.5 基阵性能度量
• 2.5.1 基阵指向性函数
• 2.5.2 阵增益
• 2.5.3 分辨率
• 2.6 仿真结果及分析
• 2.6.1 均匀直线阵聚焦结果
• 2.6.2 均匀半圆阵聚焦结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 高分辨技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 高分辨技术
• 3.3 近场高分辨技术研究
• 3.3.1 MVDR 近场聚焦波束形成技术
• 3.3.2 MNM 近场聚焦波束形成技术
• 3.3.3 MUSIC 近场聚焦波束形成技术
• 3.4 仿真结果及对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于高阶累积量的声聚焦研究
• 4.1 引言
• 4.2 高阶累积量相关理论
• 4.2.1 高阶累积量理论及特性
• 4.2.2 四阶累积量扩展原理
• 4.3 基于四阶累积量的高分辨方法
• 4.3.1 基于四阶累积量的 MUSIC 算法研究
• 4.3.2 基于四阶累积量的 MNM 方法研究
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 MATLAB 与 VC++混合编程
• 5.2.1 总体技术思想
• 5.2.2 M 文件生成可执行文件
• 5.2.3 Matcom 将 M 文件转换成 C++文件
• 5.3 VC++界面显示
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢