【摘要】：港口航道、島嶼要塞以及我方重要軍事設(shè)施是敵方潛艇實(shí)施封鎖作戰(zhàn)的重點(diǎn)區(qū)域,為了能夠突破封鎖、保衛(wèi)安全需實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方潛艇遠(yuǎn)程預(yù)警探測(cè)。岸基警戒聲納主要目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)重要區(qū)域的安全警戒。早期的岸基聲納由標(biāo)量長(zhǎng)線陣組成,隨著矢量水聽(tīng)器技術(shù)的發(fā)展,由矢量水聽(tīng)器構(gòu)成的矢量岸基聲納具有更高的探測(cè)能力和探測(cè)效率。與常規(guī)聲壓水聽(tīng)器陣相比,在同等數(shù)量的陣元條件下,矢量陣可以獲得更多的獨(dú)立通道數(shù)據(jù),這為矢量陣信號(hào)處理帶來(lái)了更大的陣增益、左右舷分辨及旁瓣抑制的能力。矢量陣在帶來(lái)各種優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。1、長(zhǎng)線陣?yán)藐嚵械拇罂讖綄?shí)現(xiàn)了更高的探測(cè)精度,但高分辨力會(huì)限制信號(hào)處理中可用的積分時(shí)間,這時(shí)形成的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣往往是不滿秩的,因此會(huì)影響自適應(yīng)波束形成算法性能。同時(shí)由于矢量陣獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道是常規(guī)聲壓陣的4倍,這在為矢量陣帶來(lái)可觀陣增益的同時(shí),也增大了數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的維度,會(huì)導(dǎo)致算法運(yùn)算量幾何數(shù)量的增加,這在實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中是不可容忍的。2、矢量陣的導(dǎo)向向量是由振速通道的導(dǎo)向向量和聲壓通道的導(dǎo)向向量構(gòu)成,每種導(dǎo)向向量針對(duì)的誤差源往往是不同的。寬容自適應(yīng)波束形成算法應(yīng)用于矢量陣時(shí),如何設(shè)計(jì)不同的導(dǎo)向向量誤差約束便成為一個(gè)新的問(wèn)題。3、岸基警戒聲納主要目的是為了探測(cè)對(duì)我方不利的水下危險(xiǎn)目標(biāo),因此近距離水面船只均為不被關(guān)注的干擾目標(biāo),但水面船只會(huì)嚴(yán)重降低岸基警戒聲納對(duì)水下目標(biāo)的預(yù)警探測(cè)效率。4、在頻帶資源有限的水聲信道,碼分多址和空分多址是首要考慮的多址方式。水聲信道頻帶窄,碼分多址的偽隨機(jī)序列階數(shù)較低,當(dāng)用戶容量較大時(shí)面臨著偽隨機(jī)序列數(shù)目有限等問(wèn)題。同時(shí)單通道接收機(jī)接收信噪比低,且信道均衡器易受信道時(shí)空變化的影響。論文將結(jié)合矢量陣自適應(yīng)波束形成算法研究,嘗試解決水聲通信面臨的上述問(wèn)題。本文在研究過(guò)程中以岸基矢量陣聲納為背景,在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上圍繞寬容自適應(yīng)波束形成、強(qiáng)干擾抑制、矢量信號(hào)處理等內(nèi)容,探索提升岸基矢量陣聲納的探測(cè)性能、干擾抑制能力以及被動(dòng)通訊的方法:首先,在MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)、RCB(Robust Capon Beamformer)等算法的基礎(chǔ)上,針對(duì)自適應(yīng)波束形成算法如何在有限數(shù)據(jù)情況下的應(yīng)用展開(kāi)了研究。提出了一種適用于長(zhǎng)線陣的改進(jìn)RCB算法,并對(duì)算法的各項(xiàng)性能與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了分析對(duì)比。該方法的優(yōu)勢(shì)在于:(1)在有限快拍數(shù)據(jù)的情況下,保持了RCB算法的分辨力高、干擾抑制能力強(qiáng)和寬容性高的特點(diǎn);(2)由于算法通過(guò)奇異值分解代替矩陣求逆,因此該算法計(jì)算量小,適合工程應(yīng)用。其次,針對(duì)岸基矢量陣聲納存在的問(wèn)題,結(jié)合矢量水聽(tīng)器的特點(diǎn),本文提出了三種自適應(yīng)波束形成算法。一是將標(biāo)量改進(jìn)RCB算法拓展到矢量陣中使用;二是利用矢量水聽(tīng)器陣列的加權(quán)向量可以拆分為陣列加權(quán)向量和矢量加權(quán)向量的特點(diǎn),針對(duì)不同情況選用合適的加權(quán)向量進(jìn)行方位估計(jì),進(jìn)而提出了一種矢量權(quán)分解RCB算法。三是將矢量權(quán)分解RCB算法結(jié)合波束域波束形成理論,提出了一種波束域矢量權(quán)分解RCB算法,在保證算法性能不會(huì)大量損失的情況下,大大降低系統(tǒng)運(yùn)算量。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)對(duì)各種算法的性能進(jìn)行了分析;利用海上試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)各算法進(jìn)行比對(duì)分析,可以證明矢量權(quán)分解RCB算法和波束域矢量權(quán)分解RCB算法比傳統(tǒng)算法具有更高的處理增益。再次,針對(duì)岸基矢量陣在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)被大量的近距離強(qiáng)干擾目標(biāo)所困擾的問(wèn)題,本文在H.cox的MRABF(Multi-Rate Adaptive Beamforming)強(qiáng)干擾抑制算法的基礎(chǔ)上提出了一種基于寬帶目標(biāo)篩選的強(qiáng)干擾抑制算法。算法解決了MRABF算法中未考慮的海洋信道起伏以及目標(biāo)輻射噪聲頻率分布特性的問(wèn)題,提升了算法的穩(wěn)定性以及實(shí)際可用性。通過(guò)數(shù)據(jù)仿真證明算法能夠?qū)?5dB差異的強(qiáng)干擾進(jìn)行抑制。為了說(shuō)明算法的通用性,并將改進(jìn)算法應(yīng)用于三元舷側(cè)陣的干擾抑制及尾流區(qū)域的干擾抑制。最后,圍繞矢量陣列信號(hào)處理方法在水聲通信中的應(yīng)用開(kāi)展研究。主要針對(duì)水平長(zhǎng)線陣和垂直陣兩種陣型進(jìn)行討論,采用RCB自適應(yīng)波束形成算法進(jìn)行穩(wěn)健波束輸出,利用水平長(zhǎng)線陣的處理增益提高水聲通信的作用距離。提出了基于混沌正交組合序列的M元碼分多址水聲通信方法,在保證多址能力以及通信穩(wěn)健性的基礎(chǔ)上,提高了擴(kuò)頻系統(tǒng)的通信速率�；诟叻直媛�、強(qiáng)干擾抑制波束形成方法,探索了基于陣列的空分多址的多用戶水聲通信。另外,采用垂直陣列的形式在垂直方向進(jìn)行波束形成,利用空間濾波的思路進(jìn)行多途信道的抑制,嘗試簡(jiǎn)化水聲通信接收端解調(diào)與信道均衡的復(fù)雜度,完成應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U674.76;U666.7
【圖文】：

第 1 章 緒論岸基聲納第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)海軍為了應(yīng)對(duì)納粹德國(guó)的潛水艇襲擊給美國(guó)艦損失，開(kāi)始研制水下被動(dòng)監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)(Sound Surveillance System ,SOSUS)來(lái)偵和艦只[79-81]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間研制，SOSUS 系統(tǒng)的真正應(yīng)用已到了冷戰(zhàn)時(shí)期該系統(tǒng)的最初意圖是跟蹤蘇聯(lián)潛艇，這些潛艇必須穿過(guò)缺口才能進(jìn)一步攻。第一套“SOSUS”便布放于格陵蘭、英格蘭和冰島間的海上區(qū)域，其被稱(chēng)為格陵蘭島、冰島和英國(guó)，這三個(gè)地區(qū)名字的縮寫(xiě)。這也是前蘇聯(lián)潛艇進(jìn)入之路。

衡器需要設(shè)置其濾波器抽頭系數(shù)場(chǎng)景，信道多途擴(kuò)展較大且具有雜度等都收到影響，如何利用垂穩(wěn)健性至關(guān)重要。論文將結(jié)合矢矢量陣聲納面臨亟需解決的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了幾種算法去解水聲工程中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，岸基在的問(wèn)題展開(kāi)相關(guān)研究工作。岸位探測(cè)，同時(shí)要完成被動(dòng)通訊、信號(hào)處理流程為線索，重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)用展開(kāi)分析。

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本文編號(hào)：2728576