论文题目: 矢量反转镜时空滤波技术及其在水声中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 水声工程
作者: 生雪莉
导师: 惠俊英
关键词: 时间反转法,自适应聚焦,声压振速联合信息处理,被动式,稳健性
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 海洋是目标信号传至接收点所经的声信道,如何克服传播介质不均匀及信道的多途特性对接收信号的影响,是声呐信号处理的关键之一。时间反转法(TR)是从光学中的相位共轭法演化而来的一种自适应聚焦方法,它具有不需要介质不均匀性的先验信息,自适应修正各种多途引起的畸变,实现自适应聚焦的独特优点。另外,以往的研究已证明了矢量信号处理方法有更强的信号检测能力。将时间反转法与矢量信号处理技术相结合,应用到被动检测与定位中是本文的研究主线。 作为被动式矢量时间反转技术(PVTR)的探索,本文在绪论部分综述了时间反转技术在国内外声学领域的研究情况以及矢量传感器的应用现状,为论文的着眼点进行了定位。 PVTR需要在虚拟信道中完成检测与定位。本文首先就矢量水声信道建模问题展开讨论。考虑矢量反转技术的适用范围,从射线声学角度出发建立海洋声压、振速信道模型。与波动理论矢量场建模的仿真比较证明了对于振速场建模,射线方法亦是波动模型的良好近似。 本文回顾了主动式声压反转镜聚焦原理和矢量信号处理抗各向同性干扰的物理基础,在此基础上提出了被动式声压反转镜及被动式矢量反转镜的理论框架,对矢量反转镜的聚焦和被动检测原理从射线理论角度给予了证明。作为理论研究的验证,进行了矢量反转镜空间相关特性和空间处理增益的仿真,其结果和理论分析一起构成了矢量时间反转被动时空定位的理论基础。 本文提出的被动式矢量反转定位技术是否具有实用价值的关键是它的算法是否具有强稳健性。本文对反转镜算法进行了优化以提高运算速度,并重点讨论了失配对TRM检测和定位的影响,其中包括海面、海底、拐点处声速分布差异和海深测量误差对TRM的影响。给出的结论对矢量反转镜的实际应用具有重要的意义。作为与单阵元TRM的对比研究,进行了二元矢量
论文目录:
第1章 绪论
1.1 立题背景和意义
1.2 水下被动定位方法回顾
1.2.1 传统的被动定位方法
1.2.2 目标运动分析(TMA,target motion analysis)
1.2.3 匹配场处理技术(MFP,matched-field processing)
1.3 时间反转(TR)技术及其在水声中的应用
1.3.1 问题的引入
1.3.2 超声中的TRA
1.3.3 水声中的TRA
1.4 矢量传感器的应用现状
1.5 论文的研究内容
第2章 矢量水声信道建模
2.1 水下声传播模型的理论基础
2.1.1 波动方程
2.1.2 波动方程的定解条件
2.2 波动方程的数值模型
2.2.1 简正波模型(NMM:Normal Mode Models)
2.2.2 射线理论模型
2.2.3 抛物近似方法(PE)
2.2.4 多路径展开模型
2.2.5 快速声场模型(FFP)
2.2.6 波动方程数学模型的比较
2.3 声压信道模型的建立
2.3.1 两种不同均匀介质界面的反射系数
2.3.2 海面声学参数
2.3.3 海底声学参数
2.3.4 本征声线
2.4 振速信道模型的建立
2.4.1 振速信道建模的理论方法
2.4.2 振速信道建模仿真分析
2.5 本章小结
第3章 矢量时间反转技术被动定位理论基础
3.1 矢量信号处理方法概要
3.1.1 相干源辐射声场声压与振速的相关性
3.1.2 各向同性干扰场中声压与振速的相关性
3.2 声压反转镜
3.2.1 试验回顾
3.2.2 理论解释
3.3 被动声压反转镜技术
3.4 矢量反转镜
3.5 矢量反转镜空间相关特性研究
3.6 矢量反转镜空间处理增益
3.7 本章小结
第4章 矢量时间反转技术仿真研究
4.1 矢量反转镜检测与定位效果仿真分析
4.2 影响矢量反转镜性能的因素分析
4.2.1 峰值搜索
4.2.2 提高运算速度
4.2.3 失配
4.2.3.1 海面声速分布差异
4.2.3.2 海底声速分布差异
4.2.3.3 拐点处声速分布差异
4.2.3.4 海深测量误差的影响
4.3 二元矢量阵反转镜定位技术仿真研究
4.3.1 二元矢量阵定位能力仿真
4.3.2 二元反转镜与单基元反转镜聚焦性能比较
4.3.3 阵元间距变化对定位结果的影响
4.4 本章小结
第5章 试验数据分析
5.1 试验概况
5.2 矢量阵测向结果
5.3 矢量反转镜海试数据处理结果
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
发布时间: 2005-10-21
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标签：时间反转法论文; 自适应聚焦论文; 声压振速联合信息处理论文; 被动式论文; 稳健性论文;