聚焦波束形成声图测量技术研究

论文摘要

分析目标辐射噪声源的空间分布特性有着重要的意义,如果能给出目标噪声源的分布图,就能有效估计目标各噪声源的空间相对位置,这可用于对近程运动目标进行高精度定位。而且进一步分析噪声源的特性,对于发展减振降噪技术和对舰船进行故障检测也大有帮助。本文提出聚焦波束形成技术,研究了近场条件下目标噪声源的分布图（声图）的测量方法。建立了两种测量模型,水平直线阵和垂直直线阵。水平直线阵能够测量出目标噪声源在水平面内的声图,但信道的多途效应会对声图的质量产生影响。为了克服多途干涉的影响,分别采用了虚拟时间反转镜和虚阵声图测量技术,这两种技术均能很好地抑制多途干涉。垂直直线阵能够测得目标噪声源在垂直面内的声图,且由于其垂直指向性,几乎不受多途的影响。但是和水平直线阵一样,普通的垂直声压阵声图测量存在前后（或左右）模糊问题。本文以垂直直线阵为例,采用矢量阵,利用声压振速的联合信息,通过适当地组合形成单边指向性,或者通过直方图方位估计先测向再聚焦扫描。这两种方法均能很好地解决测量模糊问题,后者更能得到目标的三维声图。计算机仿真结果验证了算法的正确与稳健性,采用本文提供的技术进行的空气中的模拟试验也验证了算法的可行性。最后以LH-CTS2-8NX-201 DSP处理板为硬件平台进行了声图测量算法的实时信号处理软件开发,证明了算法的可实现性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 立题意义和背景
• 1.2 舰船辐射噪声及其一般特性
• 1.3 声图测量关键技术简介
• 1.3.1 近场聚焦波束形成
• 1.3.2 关于声图成像的研究
• 1.3.3 时间反转镜简介
• 1.3.4 虚拟阵元法
• 1.4 LH-CTS2-8NX-201 DSP处理板简介
• 1.5 论文研究内容
• 第2章 聚焦波束形成声图测量原理
• 2.1 聚焦波束形成和声图的基本概念
• 2.2 水平直线阵声图测量原理
• 2.2.1 理想信道条件下单亮点声图测量
• 2.2.2 理想信道条件下双亮点声图测量
• 2.2.3 多途条件下声图测量
• 2.3 垂直直线阵声图测量原理
• 2.3.1 垂直声压阵声图测量
• 2.3.2 垂直矢量阵声图测量
• 2.4 聚焦峰尺度分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 声图测量抗多途技术
• 3.1 时间反转镜技术
• 3.1.1 时间反转镜原理
• 3.1.2 时间反转镜分类
• 3.1.3 虚拟时反镜抗多途
• 3.2 虚阵抗多途技术
• 3.3 本章小结
• 第4章 计算机仿真及试验研究
• 4.1 计算机仿真研究
• 4.1.1 水平直线阵声图测量
• 4.1.2 垂直直线阵声图测量
• 4.1.3 声图的分辨力
• 4.1.4 声图测量稳健性分析
• 4.2 空气中的模拟试验
• 4.3 本章小结
• 第5章 声图测量算法实时信号处理软件开发
• 5.1 硬件平台简介
• 5.1.1 LH-CTS2-8NX-201 DSP处理机
• 5.1.2 DSP板软件调试工具LION DEBUGGER
• 5.2 软件开发
• 5.2.1 实时性分析
• 5.2.2 数据传输方式
• 5.2.3 各芯片任务分工
• 5.2.4 程序的结构
• 5.2.5 调试结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢