宽带辐射噪声测量阵列DSP波束形成技术

论文摘要

随着减振降噪技术的发展,水下目标的辐射噪声逐年降低,使得其隐形性能大大加强。而如何使对其辐射噪声进行测量,进而评价其隐身性能成为了一个难题。本文详细分析了采用线列阵的水下大型结构的辐射噪声测量的必要条件,结合宽带波束形成理论、矢量信号处理方法和高速DSP计算平台,给出了一种用于水下大型结构低辐射噪声测量的实现方法,主要研究内容如下：(1)介绍了采用垂直线阵进行水下目标辐射噪声测量的方法,并分析了这种方法的特点。在回顾了常规波束形成方法的基础之后,分析了常规测量方法在水下目标辐射噪声测量中的弊端(2)简述了线性嵌套阵模型的实现原理,并对此模型进行了一定的拓展,推导出一个倍频程的恒定束宽波束形成的基本原理,得出了主轴方向与非主轴方向的恒定束宽形成方法,并进行理论的仿真验证。然后简单介绍了多个倍频程的恒定束宽形成方法。由于测量阵的增益与主波束方向和基阵尺寸有关,分析了三种情况下测量阵的增益,并给出了测量的极限状态。(3)介绍了时延波束形成的一般方法,解决了聚焦处理时不能对数字信号准确进行延迟的问题。首先详细介绍了恒定束宽波束形成中建立FIR滤波器的原理及主要步骤,然后在此基础上进行了时延波束形成的仿真计算,最后分析了主轴和非主轴方向上的仿真计算结果。(4)对于几种受流影响的线阵波束形成结果进行分析,并提出相应的解决方案。(5)在DSP芯片平台上应用本文研究方法实现了一个倍频程的波束形成算法,并且应用此方法对湖上实验数据进行了分析处理。理论与试验分析结果表明：基于DSP处理器的垂直线列阵的线性嵌套阵恒定束宽波束形成方法可以保证主波束宽度的恒定,是解决水下辐射噪声目标测量问题的一种有效方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的背景和意义
• 1.3 水下目标辐射噪声测量一般方法分析
• 1.3.1 舰船辐射噪声的基本特性
• 1.3.2 利用直线阵的测量与分析技术
• 1.4 国内外发展概况
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 宽带恒定束宽波束形成的理论方法
• 2.1 常规波束形成
• 2.1.1 均匀线列阵模型
• 2.1.2 时域波束形成
• 2.1.3 频域波束形成
• 2.1.4 噪声测量中被测物体尺寸与波束宽度的关系
• 2.2 基于线性嵌套阵地恒定束宽波束形成理论
• 2.2.1 线性嵌套阵的模型
• 2.2.2 线性嵌套阵在一个倍频程上的恒定束宽波束形成方法
• 2.2.3 主轴方向宽带恒定束宽波束形成
• 2.2.4 非主轴方向宽带恒定束宽波束形成
• 2.2.5 线性嵌套阵在多个倍频程上的恒定束宽方法
• 2.3 恒定束宽波束形成理论仿真
• 2.3.1 窄带波束形成仿真
• 2.3.2 切比雪夫加权对基阵输出信号的影响
• 2.3.3 主轴方向宽带恒定束宽波束形成仿真
• 2.3.4 非主轴方向宽带恒定束宽波束形成仿真
• 2.4 测量阵增益分析
• 2.5 矢量水听器指向性
• 2.6 本章小结
• 第3章 恒定束宽波束形成方法的性能仿真
• 3.1 基于常规线阵的时延波束形成
• 3.2 补偿滤波器的数字实现
• 3.3 数字延迟恒定束宽波束形成
• 3.3.1 正横方向数字延迟波束形成
• 3.3.2 非主轴方向数字延迟波束形成
• 3.4 受流影响的线阵波束形成
• 3.4.1 受流影响的刚性直线阵
• 3.4.2 受流影响的弯曲线阵
• 3.4.3 单个阵元缺失对波束形成的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 恒定束宽波束形成的DSP实现
• 4.1 DSP简介
• 4.2 CODE COMPOSER STUDIO简介
• 4.3 DSP的软件设计流程
• 4.3.1 DSP算法程序设计中的定标
• 4.4 TMS320C5000系列DSP的介绍
• 4.4.1 TMS320C5000基本指标和性能
• 4.4.2 TMS320VC5509的存储空间
• 4.5 基于DSP的波束形成
• 4.6 实验数据处理分析
• 4.6.1 实验概况
• 4.6.2 实验数据处理及结果分析
• 4.7 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