多波束条带测深仪小型化关键技术的研究

论文摘要

多波束条带测深仪是一种具有高测量效率、高测量精度、高分辨率的海底地形测量设备，特别适合于大面积的扫海测量作业。随着科学技术的进步和市场需求的变化，小型化测深仪已经成为当前该领域的发展趋势。本文在我国第一台多波束条带测深仪技术的基础上，参照国外同类产品，提出了多波束条带测深系统小型化的设计方案。考虑到在设备研制阶段不可能经常去海上进行试验，本文通过研究海底混响产生的物理过程建立了一个海底散射信号仿真的物理模型。多波束测深系统的设备小型化，这就限制了基阵的尺寸。我国国产的第一台多波束条带测深系统使用常规的波束形成技术，虽然常规波束形成技术简单，方便，稳健，但是它的空间分辨率却受到实际阵列尺寸的限制，因此如何提高常规波束形成技术的分辨率就成了研究的重点。本文给出了基于线性预测的虚拟阵元技术，通过仿真和海试数据的处理看出，此方法能够提高小尺寸阵列波束形成器的分辨率。高分辨率波束形成技术不需要大的基阵尺寸就能获得较高的分辨率，因此，高分辨率波束形成技术在多波束测深系统中的应用值得研究。本文将最小方差，特征向量，MUSIC，最小范数，ESPRIT等高分辨方位估计技术应用于测深系统。通过海试数据的处理，可以看出高分辨波束形成方法降低了波束宽度，改善了分辨率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 海底测深技术的发展
• 1.2.1 单波束海底测深技术
• 1.2.2 多波束条带测深技术
• 1.3 两种条带测深系统的简介
• 1.3.1 我国XXX型多波束测深系统
• 1.3.2 SEABEAM1180多波束测量系统
• 1.4 波束形成技术的发展
• 1.5 本论文的主要内容
• 第2章 小型化多波束条带测深仪方案设计
• 2.1 测深的工作原理
• 2.2 小型化多波束测深仪方案设计
• 2.2.1 系统组成
• 2.2.2 性能指标
• 2.2.3 声呐方程
• 2.2.4 声基阵的设计
• 2.2.5 旋转相控发射技术
• 2.2.6 接收波束形成技术
• 2.2.7 使用频率的选择
• 2.3 海底混响信号的仿真
• 2.3.1 混响仿真的物理模型
• 2.3.2 计算机仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 线性预测虚拟元波束形成技术研究
• 3.1 波束形成概述
• 3.1.1 波束形成基本原理
• 3.1.2 阵列的方向图
• 3.1.3 波束宽度
• 3.1.4 幅度加权
• 3.2 常规波束形成方法
• 3.2.1 时延波束形成
• 3.2.2 相移波束形成
• 3.2.3 FFT波束形成
• 3.3 基于线性预测的虚拟阵元技术
• 3.3.1 线性预测原理
• 3.3.2 基于线性预测的虚拟阵元技术
• 3.4 计算机仿真及海试数据处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 高分辨测深技术的应用研究
• 4.1 信号模型
• 4.2 数据协方差的估计
• 4.2.1 正反向平均算法
• 4.2.2 空间平滑算法
• 4.2.3 噪声剔除算法
• 4.2.4 散射体数目确定
• 4.3 高分辨率波束形成方法
• 4.3.1 最小方差法
• 4.3.2 特征向量法
• 4.3.3 MUSIC法
• 4.3.4 最小范数法
• 4.3.5 ESPRIT法
• 4.4 高分辨波束形成器的评价标准
• 4.5 计算机仿真及海试数据处理
• 4.6 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