目标通过特性的LOFAR及DEMON分析

论文摘要

各种舰船目标都具有其自身特有的噪声特性,可用于舰船的目标识别、分类、状态监测等等应用领域。舰船目标的噪声异常可使舰船极易成为被鱼雷、水雷等水中兵器攻击的对象。为了降低受攻击风险、增强安全保障,及时有效的改善舰船等目标的噪声特性是非常必要的,具有重要的军事意义和经济意义。对舰船目标进行日常的状态监测则是舰船视情维护的基础。本文以港口监测为应用背景,考虑目标噪声的频域特性,联合阵列波束形成处理和LOFAR及DEMON分析方法进行目标特性分析,以实测数据检验以上方法的性能。波束形成可改善信号的信噪比,给出目标的方位估计；LOFAR分析可反映信号的非平稳特性,提取宽带强线谱的分布特征；DEMON分析可以获得目标的低频调制强线谱,弥补了LOFAR谱分析在低频端的不足。本文首先对目标噪声通过特性的基本理论进行了归纳总结,讨论常规阵列波束形成、LOFAR分析和DEMON分析等方法的基本原理和具体实现方法。然后对波束形成、LOFAR分析和DEMON分析进行不同信噪比条件下的仿真研究,对比分析了单水听器信号和阵列波束输出信号的时域特性和频域特性。提出了改善目标噪声通过特性可比性的波束输出LOFAR谱分析方法和多水听器信息融合的DEMON谱分析方法。最后通过对大量实船测量数据的处理分析,验证了波束形成、LOFAR分析和DEMON分析等方法的有效性、稳健性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 舰船噪声基础
• 1.2.1 舰船噪声的分类
• 1.2.2 辐射噪声的来源
• 1.2.3 舰船噪声的基本特性
• 1.3 目标通过特性原始数据的获取
• 1.4 论文研究的内容
• 第2章 常规阵列信号处理
• 2.1 波束形成理论
• 2.1.1 多元阵指向性和等间隔线阵的自然方向性
• 2.1.2 波束形成的实现
• 2.1.3 阵元间距的选择和加权
• 2.1.4 相移波束形成和时延波束形成的基本原理
• 2.1.5 DFT波束形成
• 2.1.6 频域波束形成
• 2.2 频域波束形成的仿真
• 2.3 工作频段对作用距离的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于LOFAR及DEMON的目标特性分析
• 3.1 信号处理的一些基本理论
• 3.1.1 功率谱估计
• 3.1.2 短时傅立叶变换方法（STFT）
• 3.1.3 信号调制与解调
• 3.1.4 线谱的频率测量
• 3.1.5 目标谱线的声源级
• 3.1.6 多途效应
• 3.2 LOFAR及DEMON分析方法
• 3.2.1 LOFAR分析
• 3.2.2 DEMON分析
• 3.3 基于LOFAR及DEMON分析的目标特性仿真
• 3.3.1 LOFAR分析的仿真
• 3.3.2 DEMON分析的仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 实船目标特性分析
• 4.1 目标噪声通过特性的波束形成
• 4.1.1 A型船的噪声通过特性波束形成
• 4.1.2 B型船的噪声通过特性波束形成
• 4.1.3 C型船的噪声通过特性波束形成
• 4.1.4 实船噪声通过特性波束形成小结
• 4.2 实船目标噪声通过特性的LOFAR分析
• 4.2.1 A型船的噪声通过特性LOFAR分析
• 4.2.2 B型船的噪声通过特性LOFAR分析
• 4.2.3 C型船的噪声通过特性LOFAR分析
• 4.2.4 实船噪声通过特性的LOFAR分析小结
• 4.3 目标噪声通过特性的DEMON分析
• 4.3.1 A型船的噪声通过特性DEMON分析
• 4.3.2 B型船的噪声通过特性DEMON分析
• 4.3.3 C型船的噪声通过特性DEMON分析
• 4.3.4 实船目标噪声通过特性的DEMON分析小结
• 4.4 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