近地飞行目标的声测定向技术研究

论文摘要

被动声探测技术,由于被动接收、不容易被察觉,广泛应用于各类环境中对目标的探测。尤其是在对雷达系统无法探测的低空飞行物目标有着独特的优势而受到重视。本文研究声探测阵列对空中目标的被动声定向技术。文中首先研究了近地大气声场中的声传播特性,研究了温度梯度、湿度以及风、雨等对于声传播乃至定位的影响。然后,从直升机的声源模型入手,分析了目标声源产生的机理,并对目标声源的噪声波形特点和频谱特性进行了分析和研究,为声阵列探测进行目标识别与定位提供基础。本文重点研究了阵列信号处理中的三种空间谱估计方法——传统波束形成法(CBF)、最小方差无畸变法(MVDR)和多重信号分类法(MUSIC)。详细阐述了这三种算法的原理和特点,并运用这三种方法对目标声源的波达方向(DOA)估计分别进行了仿真,对比分析了传统波束形成、MVDR和MUSIC这三种方法特点。针对具有非平稳特点和低频具有很高线谱的直升机噪声,提出了一种对低空飞行目标探测的方法(滤波延时波束形成法),通过对真实直升机信号仿真,比较好地实现了对单目标和双目标的方位估计,验证了这种方法在对直升机目标探测的可行性,并且简单易行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 声测定位技术的发展概况
• 1.2 声探测技术的应用
• 1.3 声探测技术发展的趋势
• 1.4 本文主要的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 目标噪声源的声特性
• 2.1 近地声传播规律
• 2.2 直升机的噪声特性
• 2.3 本章小结
• 3 阵列信号处理的数学模型
• 3.1 假设条件
• 3.2 信号模型
• 3.3 阵列接收信号的数学模型
• 3.4 阵列流形
• 3.5 本章小结
• 4 波束形成技术
• 4.1 波束形成概述
• 4.2 窄带波束形成
• 4.3 束控和加权
• 4.4 本章小结
• 5 波达方向估计
• 5.1 相关理论
• 5.2 常规波束形成（CBF）
• 5.3 最小方差无畸变响应（MVDR）
• 5.4 针对目标源的波束形成
• 5.5 仿真实验
• 5.6 本章小结
• 6 多重信号分类方法（MUSIC）
• 6.1 基本MUSIC
• 6.2 求根MUSIC（Root-MUSIC）算法
• 6.3 算法性能仿真
• 6.4 宽带信号的MUSIC算法
• 6.5 本章小结
• 7 总结
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 参考文献