【摘要】：由于受到復(fù)雜多變的海洋環(huán)境因素影響,水下目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別一直是水聲信號(hào)處理中的重要難題之一。在復(fù)雜的海洋環(huán)境中,獲取較高信噪比的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)是提高水下目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別能力迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文圍繞水下目標(biāo)方位估計(jì)問(wèn)題,對(duì)抑制水下陣列接收信號(hào)的干擾以及噪聲,以及獲取高信干噪比的回波數(shù)據(jù)等問(wèn)題進(jìn)行研究。本文研究的思路是基于陣列信號(hào)處理手段,通過(guò)空域矩陣濾波器抑制回波信號(hào)中阻帶區(qū)域的噪聲以及干擾,以提升高分辨算法的實(shí)用性。同時(shí)應(yīng)用一種穩(wěn)健自適應(yīng)零陷展寬波束形成算法,抑制信號(hào)中的強(qiáng)干擾,通過(guò)在陣元域和波束域上實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾以及噪聲的抑制,以提高目標(biāo)信號(hào)的信噪比。文中首先對(duì)聲吶探測(cè)目標(biāo)所涉及到的目標(biāo)回波信號(hào)形式在信號(hào)模型和信號(hào)特性方面進(jìn)行了總結(jié),對(duì)幾種常見(jiàn)的目標(biāo)方位估計(jì)方法進(jìn)行介紹,根據(jù)二種空域矩陣濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,給出相應(yīng)的求解方法。通過(guò)仿真可知,空域矩陣濾波器能夠使某些預(yù)設(shè)方位的信號(hào)盡量無(wú)失真的通過(guò),并抑制其他方位的干擾和噪聲,從而降低了分辨信號(hào)所需的信噪比門限,同時(shí),對(duì)采用預(yù)濾波算法的MUSIC方位估計(jì)方法和常規(guī)的MUSIC方位估計(jì)方法進(jìn)行比較,對(duì)分辨率,低信噪比下的估計(jì)效果等參數(shù)均有明顯的提升。其次,本文基于最優(yōu)權(quán)矢量自適應(yīng)波束形成算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理,可定量控制算法對(duì)陣列擾動(dòng)的敏感度,同時(shí)結(jié)合深度可調(diào)的零陷展寬方法,使目標(biāo)方位較近的干擾形成較深零陷,從而有效降低干擾對(duì)目標(biāo)方位估計(jì)的影響。針對(duì)文中自適應(yīng)方法,通過(guò)正則化變換使約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具有雙目標(biāo)函數(shù)的二階錐規(guī)劃問(wèn)題,更加方便于求解。針對(duì)傳統(tǒng)零陷展寬算法在加寬零陷的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致零陷變淺的問(wèn)題,利用以Hanning窗擴(kuò)展空間譜函數(shù)從而展寬零陷的方法,通過(guò)對(duì)空間譜函數(shù)自身加權(quán),可以指定零陷的深度。同時(shí)通過(guò)輸出信干噪比對(duì)該算法的穩(wěn)健性進(jìn)行分析,仿真結(jié)果表明,應(yīng)用的算法對(duì)干擾具有較好的抑制能力,在不同輸入信噪比時(shí),算法均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)健性。最后,利用湖內(nèi)進(jìn)行的水中懸掛目標(biāo)回波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本文中方法進(jìn)行驗(yàn)證,在不同的實(shí)驗(yàn)條件以及實(shí)驗(yàn)參數(shù)下利用空域?yàn)V波方法及穩(wěn)健最優(yōu)權(quán)矢量自適應(yīng)波束形成算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,同時(shí)與常規(guī)波束形成和高分辨算法處理效果相比較,以檢驗(yàn)算法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可靠性。
【圖文】：

圖 2.1 空間中兩個(gè)陣元的布放位置關(guān)系元之間的聲程差為1( x cos cos y sin cos +z sin )c 論，下面推導(dǎo)在實(shí)際的應(yīng)用中幾種陣列與陣元，另一個(gè)陣元的空間位置為 , )( 1,2, , k k（ x y k 1,2, , )i N，分別將令其作為方位角和俯仰角，1( cos cos sin cos )ki k i i k i ix yc 空間坐標(biāo)為 )( 1,2, , )k（x k N，原點(diǎn)依舊作為則

( ) ( ) ( )HCBFP w Rw (2-19)為了驗(yàn)證常規(guī)波束形成的方位估計(jì)效果，假設(shè)由 16 個(gè)各向同性的陣元組成的均勻線列陣，定義陣列的法線方向?yàn)? ，陣元間距為 /2，兩個(gè)等強(qiáng)度的窄帶信號(hào)入射到該陣列，信號(hào)的頻率為 2000Hz，噪聲背景為高斯白噪聲，同時(shí)信號(hào)和噪聲不相關(guān)，快拍數(shù)為 1024，改變信號(hào)的入射角度和信噪比，仿真結(jié)果如下：(a)入射角[ 5 5 ] ， ，SNR=15dB (b)入射角[ 5 2 ] ， ，SNR=15dB
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U666.7

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本文編號(hào)：2676638