【摘要】：在淺海環(huán)境,面對(duì)安靜型潛艇和小型化的水下無人航行器,被動(dòng)聲吶性能受到限制,主動(dòng)聲吶面臨強(qiáng)混響和多干擾的挑戰(zhàn)。隨著多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)的發(fā)展,分布式MIMO利用目標(biāo)空間分集提高了檢測性能,展示了潛在的應(yīng)用前景。本文側(cè)重分布式MIMO聲吶處理研究,結(jié)合伯努利濾波技術(shù),提高對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測能力。本文首先建立了分布式MIMO聲吶探測處理框架,在信號(hào)模型中引入了多普勒.因子和目標(biāo)位置參數(shù),利用最大似然估計(jì)目標(biāo)位置。為了獲取目標(biāo)分集特性,研究了分布式MIMO探測的發(fā)射和接收布置約束條件。為了提高接收信噪比,接收端采用波束形成增強(qiáng)信號(hào),同時(shí)估計(jì)目標(biāo)方位。另外,在發(fā)射端采用指向性發(fā)射,實(shí)現(xiàn)照亮目標(biāo)和抑制混響。在后處理中,考慮雜波和混響相對(duì)穩(wěn)定,通過脈沖對(duì)消方法抑制混響、增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波。在分布式MIMO聲吶探測中,量測中除了目標(biāo)以外還有大量的混響和雜波,并且目標(biāo)的出現(xiàn)時(shí)間和消失時(shí)間都是未知的。為此,本文研究了伯努利濾波用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測。在分析貝葉斯濾波和隨機(jī)有限集的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了伯努利濾波迭代處理算法。為了適應(yīng)多目標(biāo)跟蹤需要,改進(jìn)了伯努利濾波算法,即將單目標(biāo)的后驗(yàn)概率密度函數(shù)修改為多目標(biāo)的后驗(yàn)概率密度函數(shù)。在數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)單目標(biāo)和雙目標(biāo)運(yùn)動(dòng)場景,其中雙目標(biāo)為交叉運(yùn)動(dòng)模式,跟蹤結(jié)果證實(shí)了伯努利改進(jìn)算法的有效性。在分布式MIMO探測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)湖上實(shí)驗(yàn)中,脈沖對(duì)消有效地抑制了混響,增強(qiáng)了目標(biāo)回波,改進(jìn)的伯努利濾波有效地濾除雜波,準(zhǔn)確估計(jì)出目標(biāo)的軌跡。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U666.7;TN713
【圖文】：

—＞ｉ廠１１——Ｌ｜ｚ－ｉ｜——ｉｉ逡逑（ｂ）逡逑圖２－４基本ＭＴＩ對(duì)消流圖和傳遞函數(shù)（ａ）二脈沖對(duì)消；（ｂ）三脈沖對(duì)消；逡逑２．５波形設(shè)計(jì)逡逑主動(dòng)聲吶通過發(fā)射信號(hào)來探測水體中可能存在的目標(biāo)，發(fā)射波形設(shè)計(jì)直接影響主動(dòng)聲逡逑吶探測性能。距離和多普勒兩維分辨率通過波形設(shè)計(jì)獲得。同時(shí)，發(fā)射波形還關(guān)系到信號(hào)逡逑處理時(shí)的方法選擇。逡逑水下環(huán)境復(fù)雜，除了加性噪聲以外，混響嚴(yán)重影響著主動(dòng)聲吶的性能。時(shí)延擴(kuò)展和多逡逑普勒擴(kuò)展等水聲信道因素都對(duì)發(fā)射信號(hào)提出很高的要求。所以，在設(shè)計(jì)信號(hào)波形時(shí)還需要逡逑考慮實(shí)際的信道環(huán)境參數(shù)。逡逑分布式ＭＩＭＯ聲吶作為主動(dòng)聲吶體系中的一部分，其發(fā)射波形除了要滿足上面的要求逡逑外，還要滿足正交要求。分布式ＭＩＭＯ聲吶為了利用信號(hào)分集和空間分集，要求發(fā)射的信逡逑號(hào)相互之間正交。逡逑１５逡逑

ＬＦＭ信號(hào)的模糊度函數(shù)沒有閉式解，需要通過數(shù)值仿真來獲得。仿真參數(shù)：ＬＦＭ逡逑信號(hào)頻率Ｓ邋＝邋２ｋＨｚ，信號(hào)脈寬ｒ邋＝邋２０ｍｓ，聲速ｃ邋＝邋１５００ｍ／ｓ，采樣頻率／．ｓ邋＝邋１００ｋＨｚ。逡逑ＬＦＭ信號(hào)模糊度函數(shù)如圖２－６所示。從圖２－６（ａ）（ｂ）可以看出，ＬＦＭ的模糊度函數(shù)為一個(gè)斜逡逑刀刃型，這表明該模糊度函數(shù)在時(shí)間和多普勒上有耦合關(guān)系。從（ｃ）圖可以看到ＬＦＭ信號(hào)逡逑在時(shí)間上的分辨率很高，主要原因是ＬＦＭ是寬帶信號(hào)，利用了更多的帶寬資源，其分辨率逡逑約為０．８８／Ｂ。在目標(biāo)做低速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于ＬＦＭ對(duì)多普勒的不敏感，可以直接使用原始逡逑１７逡逑

（ｃ）邐（ｄ）逡逑圖２－５邋ＰＣＷ信號(hào)⑷三維模糊度函數(shù)；（ｂ）俯視圖；（ｃ）零多普勒截線；（ｄ）零延時(shí)截線逡逑度函數(shù)為一個(gè)刀刃型。截取零多普勒截面可以看到其沿時(shí)間變化很慢，隨時(shí)間不敏感，而逡逑距離分辨率低。截取零延時(shí)平面可以看到其速度變化下降很快，對(duì)信號(hào)的多普勒變化很敏逡逑感。總結(jié)，ＰＣＷ信號(hào)是一個(gè)時(shí)間不敏感，多普勒敏感的信號(hào)，根據(jù)３ｄＢ準(zhǔn)則，其時(shí)延分辨逡逑率約為０．６Ｔ，多普勒分辨率約為０．８８Ｔ。逡逑目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在時(shí)域上的壓縮或者伸展，這對(duì)窄帶信號(hào)的模糊度函數(shù)沒逡逑有影響，因?yàn)槠淙魏螘r(shí)刻頻率都是一樣的，但是寬帶信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化，就需要考慮這逡逑個(gè)因素。ＬＦＭ信號(hào)的模糊度函數(shù)沒有閉式解，需要通過數(shù)值仿真來獲得。仿真參數(shù)：ＬＦＭ逡逑信號(hào)頻率Ｓ邋＝邋２ｋＨｚ

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