论文题目: 浅海远距离匹配场声源定位研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水声工程
作者: 黄益旺
导师: 杨士莪
关键词: 声源定位,声线传播时间,时间延迟估计,匹配场处理
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 匹配场声源定位是水声学研究中的经典问题,在过去的几十年中,出现了多种匹配场处理算法。由于海洋环境的复杂性,直到现在仍然没有一种有效的能够实时解决真实环境中远距离声源的定位方法。原因之一是声压是一个时变的量,其幅度和相位是起伏的,单次或有限多次的测量无法完整反映声场的真实特性,因此基于声压场难以给出准确的声源定位;原因之二是海洋声信道是三维的,而几乎所有的已有的算法只能解决信道模型与距离无关的问题;第三个原因是三维声压场的计算极其复杂,还没有快速准确计算声场的有效方法。为了解决浅海远距离声源的定位问题,提高定位精度和匹配场处理速度,本文藉助特征声线传播时间,提出了一种匹配场声源定位的新方法。应用特征声线传播时间,从而可以忽略声压的幅度信息,声场的噪声容限得到了提高,并且代价函数对模型失配的敏感性得到降低;通过到达信号包络的延迟,声压相位模糊的干扰便可消除;声线传播时间是声速的伪线性函数,其起伏要比声压小得多;三维环境中特征声线的计算速度快、且精度高。基于以上对声线传播时间的分析,本文选取最短传播时间特征声线到达不同接收水听器的相对时间差,研究了远距离声源的定位问题。 众所周知,匹配场声源定位包括两个方面。一是声场建模,二是代价函数的构造。声场建模是整个问题的基础,本文从射线理论模型出发,详细分析了三维特征声线计算程序HARPO和RTPO。结果表明,哈尔滨工程大学唐俊峰博士开发的RTPO程序有更高的计算精度和更快的计算速度。基于最短传播时间特征声线到达相邻基元时延和声线传播时间,文中构造了匹配定位的第一类和第二类代价函数。应用两类代价函数,文中分别仿真了水深失配、接收水听器位置失配和声速失配对定位精度的影响。仿真结果表明,第一类代价函数对水深失配和接收水听器位置失配是较敏感的,而对声速失配不敏感,并且具有较高的深度估计精度;第二类代价函数对三种失配都不敏感,但是它的深度分辨率较低。为了克服第一类代价函数对失配的敏感性,文中提出了增加基元的定位方法。数值计算表明,该方法在一定程度上抑制了接收水听器位置失配的影响,使得声源的距离深度估计精度得以较大提高,
论文目录:
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 匹配场处理的发展历史
1．3 匹配场处理的声源定位
1．4 声传播模型
1．4．1 简正波理论
1．4．2 PE方法
1．4．3 射线理论
1．5 本文研究的背景、目的和意义
1．6 本文研究的问题
第2章 HARPO与 RTPO声场计算
2．1 HARPO与理论计算比较
2．2 HARPO与 RTPO的比较
2．3 RTPO计算精度分析
2．4 本章小结
第3章 时间延迟估计
3．1 互相关时延估计算法
3．1．1 算法仿真
3．2 最小二乘时延估计算法
3．2．1 多途信道卷积模型
3．2．2 冲激响应h的最小二乘估计
3．2．3 算法仿真
3．3 WRELAX时延估计算法
3．3．1 WRELAX算法实现
3．3．2 算法仿真
3．4 自相关互相关联合时延估计算法
3．5 广义互相关时延估计
3．6 海试实验数据时延估计
3．7 水池实验数据时延估计
3．8 本章小结
第4章 基于时延匹配场声源定位的失配
4．1 线性处理器
4．2 最小方差处理器
4．3 基于传播时间的代价函数
4．3．1 被动定位代价函数
4．3．2 主动定位代价函数
4．4 匹配场失配
4．4．1 基阵倾斜失配
4．4．2 海底深度失配
4．4．3 声速失配
4．5 本章小结
第5章 浅海远距离声源被动定位
5．1 声场建模
5．2 近距离声源定位
5．3 10km声源定位
5．4 25km声源定位
5．5 多基元声源定位
5．5．1 四元阵联合声源定位
5．5．2 六元阵联合声源定位
5．5．3 八元阵联合声源定位
5．6 定位误差产生的原因
5．6．1 时延准周期性
5．6．2 影响周期的因素
5．6．3 定位误差分析
5．7 中远距离声源定位精度的提高
5．8 超远距离声源定位
5．8．1 模型一
5．8．2 模型二
5．8．3 模型三
5．8．4 模型四
5．9 时延误差与定位概率的关系
5．10 本章小结
第6章 实验数据处理
6．1 2001年东中国海实验
6．1．1 实验描述
6．1．2 声源定位
6．2 2002年南中国海实验
6．2．1 实验描述
6．2．2 声源定位
6．3 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历
发布时间: 2005-10-21
参考文献
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- [2].水下运动声源定位及复杂噪声源分离量化方法研究[D]. 韩闯.哈尔滨工程大学2015
- [3].基于数字式声强探头的测试系统研究与误差分析[D]. 陈品.合肥工业大学2012
- [4].封闭空间液态场内声源定位方法研究[D]. 徐耀松.天津大学2012
- [5].基于压缩感知和子空间技术的匹配场定位技术研究[D]. 郭双乐.中国海洋大学2014
- [6].水声阵列探测算法及系统关键技术研究[D]. 蒋佳佳.天津大学2014
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