矢量阵近场聚焦波束形成技术研究

论文摘要

舰船辐射噪声是影响舰船隐蔽性能的重要指标之一。提高舰船的声隐身性能已演变成舰船设计中的一场革命,因此开展舰船噪声源识别技术研究,查明主要噪声源具有重要的意义。本课题就是围绕舰船的噪声源识别研究展开的。本文首先阐述了近场聚焦波束形成理论和方法,并对其性能进行了理论分析。通过对线列阵近场聚焦波束形成的仿真计算,表明声压阵存在左右舷模糊问题。然后结合矢量水听器及其阵处理技术,在近场聚焦波束形成方法的基础上给出了矢量阵近场聚焦波束形成方法,并对矢量阵不同组合形式的近场聚焦效果进行了仿真计算和对比分析。分析指出矢量阵能有效地消除声压阵存在的“左右舷模糊”现象。然后结合合成孔径原理给出了运动声源近场聚焦波束形成方法,对运动声源源识别进行了分析。着重对影响聚焦波束性能的各主要参数进行了仿真研究。研究表明矢量阵因为其本身具有的抑噪能力,其定位误差在各频段均小于声压阵,尤其在低频、小孔径基阵情况下更为明显。对声基阵而言,加大阵长只能提高基阵平行于阵方向的分辨率,而减小声源面到阵的距离能提高基阵各方向的分辨率。而对于基阵阵元位置发生偏差所带来的定位性能的变化,矢量阵和声压阵的定位误差都随阵元偏移量的增大而增大,且都对声源正横方向的偏移最为敏感。最后,结合运动声源近场聚焦波束形成方法在外场进行了运动声源的源识别试验,分析了单声源和双声源两种试验工况的近场聚焦波束形成结果,其实验结果与理论仿真结果基本一致。进而证明了应用近场聚焦波束形成方法对水下运动声源进行定位识别是可行有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 噪声源识别方法概述
• 1.3 近场聚焦波束形成技术研究现状
• 1.4 矢量水听器及其阵处理技术研究现状
• 1.5 论文主要研究方法和研究内容
• 第2章 声压阵波束形成基本原理
• 2.1 常规波束形成方法
• 2.1.1 时域波束形成
• 2.1.2 频域波束形成
• 2.2 近场聚焦波束形成方法
• 2.2.1 近场聚焦波束形成基本理论
• 2.2.2 近场聚焦波束的性能分析
• 2.3 近场聚焦波束形成仿真研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 矢量阵近场聚焦波束形成技术
• 3.1 矢量水听器测量模型
• 3.2 矢量阵近场聚焦波束形成方法
• 3.2.1 矢量水听器指向性电子旋转
• 3.2.2 矢量阵组合指向性
• 3.2.3 矢量阵近场聚焦波束形成物理模型与处理流程
• 3.3 矢量阵近场聚焦波束形成仿真研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 运动声源近场聚焦波束形成技术
• 4.1 运动声源的运动学和动力学分析
• 4.2 运动声源近场聚焦波束形成方法
• 4.2.1 测量信号中多普勒效应的消除
• 4.2.2 运动声源源识别物理模型与处理流程
• 4.3 运动声源噪声源识别仿真研究
• 4.3.1 定位误差分析
• 4.3.2 分辨率分析
• 4.3.3 噪声源定位识别仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 外场试验数据处理分析
• 5.1 引言
• 5.2 试验概况
• 5.2.1 试验系统组成
• 5.2.2 试验系统设置
• 5.3 试验数据处理与结果分析
• 5.4 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