基于水平阵的浅海时反匹配多目标定位研究

论文摘要

多目标的检测定位是水声信号处理的重要内容。海洋中声波传播规律复杂,难以利用基于平面波的定位方法对浅海中远距离的声源进行定位;被动时反和匹配场方法考虑了声波在海洋中的传播规律,可用于估计水下远场声源的距离和深度。当海洋中存在多个声源时,弱声源常常会被强声源产生的干扰所掩盖,常规时反匹配方法难以对弱声源进行定位。本文采用基于水平阵列的投影线性时反匹配方法和空域滤波方法实现了对在强目标干扰下的弱目标的定位。本文的主要工作有:1.计算声场并对时反匹配定位技术进行原理分析。根据BDRM理论编写声场计算程序,利用该程序计算脉冲信号产生的信号波形,并与文献中的计算结果进行了对比。对被动时间反转定位方法和匹配场定位方法的原理进行了分析,比较了两者的异同。提出了利用水平阵列进行水下目标定位的方法。2.估计水下目标的方位角和数目。通过仿真实验对比了基于平面波的常规目标方位角估计方法和子空间相交方法,证明浅海多途条件下常规方法性能受到削弱,而子空间相交方法的性能好于常规方法。分析了AIC、MDL等信源数目估计方法的原理,在仿真实验中两种方法均成功确定了浅海中不同方位角的信号源的数目。3.估计目标的深度和距离。介绍了高分辨的时反匹配方法,通过仿真实验研究了阵列参数对定位影响。利用投影线性时反匹配定位方法对单个强目标掩盖下的弱目标进行定位,通过仿真实验将该方法与常规时反匹配方法和基于MVDR的时反匹配方法定位弱目标的性能进行了对比。利用基于水平阵的空域滤波方法定位弱目标,采用内点方法和牛顿方法求解滤波矩阵,在仿真实验中实现了对弱目标定位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 目标定位方法综述
• 1.3 时反匹配目标定位发展情况
• 1.3.1 匹配定位技术综述
• 1.3.2 时间反转技术综述
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 海洋声场计算与时反匹配定位技术
• 2.1 海洋环境
• 2.1.1 声速剖面
• 2.1.2 海面海底
• 2.1.3 海洋环境噪声
• 2.2 波动方程及求解
• 2.2.1 波动方程
• 2.2.2 波动方程的简正波解
• 2.3 海洋声场的数值计算
• 2.3.1 Kraken 方法
• 2.3.2 WKBZ 方法
• 2.3.3 BDRM 方法
• 2.3.4 计算实例
• 2.4 时反匹配定位技术
• 2.4.1 时反定位原理分析
• 2.4.2 匹配定位的原理分析
• 2.4.3 时反定位和匹配定位的关系
• 2.5 时反匹配定位性能分析
• 2.6 基于水平阵的水下目标定位方法
• 2.7 小结
• 第三章 水下目标的测向及目标源数的确定
• 3.1 目标方位角估计方法
• 3.1.1 基于平面波假设的方位角估计方法
• 3.1.2 子空间相交方法
• 3.2 目标数目估计方法
• 3.2.1 原理分析
• 3.2.2 仿真分析
• 3.3 小结
• 第四章 水下多目标时反匹配定位的实现
• 4.1 高分辨时反匹配方法
• 4.1.1 MVDR 时反匹配定位
• 4.1.2 降阶的最大似然估计
• 4.1.3 区域聚焦
• 4.1.4 总结
• 4.2 最大似然估计方法
• 4.2.1 最大似然估计器
• 4.2.2 交互最大处理
• 4.2.3 投影线性时反匹配定位
• 4.3 仿真实验
• 4.3.1 实验设置
• 4.3.2 参数设置对模糊度表面的影响
• 4.3.3 强目标干扰下弱目标的检测定位仿真
• 4.4 空域滤波方法
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 滤波矩阵的求解
• 4.4.3 仿真实验
• 4.5 小结
• 第五章.总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 论文工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果目录