光纤矢量水听器阵列定向技术的研究

论文摘要

矢量水听器固有的偶极子指向性、抗左右舷模糊等能力,为信号处理带来了极大的优势。光纤矢量水听器因其灵敏度高,传输损耗小,信号串扰小、拾取声场信息量丰富等优点。在微弱信号、区域电子警戒、鱼雷制导等领域都有着广阔的应用前景。方位角估计是水声信号中重点课题之一,然而随着信噪比下降,目标间隔很近时常规算法性能急剧下降,定向结果会出现较大的偏差,本文研究噪声背景下的定向算法改进,改善光纤矢量水听器阵的定向性能。本文从回顾矢量水听器以及基于矢量阵列的定向技术的发展、现状出发,主要做了以下工作:1、给出了矢量阵列的模型理论,基于该阵列得到接收数据模型。介绍了基于矢量水听器的常规波束形成(CBF)、最小方差无畸变响应(MVDR)以及多重信号分类算法(MUSIC),对基本的算法性能进行了仿真分析,为光纤矢量水听器定向算法改进奠定基础。2、对MVDR算法采用空时联合自适应处理(STAP)进行改进,STAP具有空域和时域的二维辨识能力,是弥补空域滤波不足的一个有效方法,并通过仿真了分析其定向性能。3、采用矩阵空域预滤波改进了MUSIC算法,分为滤波矩阵的设计和改进后的MUSIC算法求解两步。通过仿真和试验数据处理验证了其具有保持通带信号不畸变的同时抑制阻带噪声,从而能提高定向处理增益和分辨概率的特性。4、对垂直阵的定向采用数据融合的方法进行改进,对垂直阵的各基元的数据进行加权求和后作定向处理,仿真表明该方法对于远距离目标具有能抑制噪声和通道起伏作用,并处理四基元垂直阵湖试的数据验证了数据融合算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文立题的背景和意义
• 1.2 矢量水听器发展及应用状况
• 1.3 矢量水听器定向技术的发展状况
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 矢量水听器定向算法研究理论
• 2.1 阵列模型
• 2.1.1 矢量水听器水平阵列
• 2.1.2 垂直矢量水听器阵列
• 2.2 常规波束形成原理
• 2.3 最小方差无畸变响应原理及改进算法
• 2.3.1 最小方差无畸变响应原理
• 2.3.2 空时联合法改进MVDR算法
• 2.4 MUSIC原理及改进算法
• 2.4.1 MUSIC基本原理
• 2.4.2 矩阵空域预滤波改进MUSIC算法
• 2.4.3 数据融合改进方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 定向算法性能仿真研究
• 3.1 数据模型
• 3.1.1 窄带信号模型
• 3.1.2 仿真假设条件
• 3.2 基本算法定向性能仿真
• 3.3 改进算法的仿真
• 3.3.1 矩阵空域预滤波
• 3.3.2 空时联合法
• 3.3.3 数据融合
• 3.4 本章小结
• 第四章 试验数据处理及分析
• 4.1 光纤矢量水听器水平阵列试验
• 4.1.1 水平阵海上试验概况
• 4.1.2 水平阵海试数据处理
• 4.2 垂直阵湖上试验
• 4.2.1 垂直阵试验概况
• 4.2.2 垂直阵湖试数据处理
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间发表论文情况