發(fā)布時間：2020-08-14 10:37

【摘要】：以水下無人航行器(UUV)為代表的小平臺是當今探測海洋的主力軍。但海洋運動平臺上安裝的聲吶設備均受到嚴重的近場干擾，如不同聲吶設備間的串擾、螺旋槳噪聲干擾等，UUV平臺也是如此，這對勘測海洋產生了極大的影響，因此如何抑制平臺的近場干擾，受到世界各國學者的廣泛重視。本文以自適應濾波和空間矩陣濾波器等技術為基礎，圍繞近場干擾抑制技術進行研究，通過計算機仿真驗證方法的可行性和有效性。 本論文的主要研究內容包括以下幾方面： 首先，研究常規(guī)波束掃描、MVDR波束掃描和MUSIC譜方位估計三種經典的DOA估計方法，對比三種算法的性能；并根據線列陣的實際應用場合在MUSIC算法仿真條件中加入近場強干擾，得到的仿真結果受干擾影響很大，指出抑制近場強干擾的必要性。 其次，研究基于自適應濾波的近場聲抑制方法。研究基于最小均方算法的自適應濾波器以及水平線列陣聲圖測量的基本原理。由聲圖測量結果上的亮點信號提取出參考信號，結合自適應干擾抵消，進行聲抑制研究，結果表明該方法能較為有效的抵消近場干擾。但該方法提取的參考信號不夠“純凈”，包含其它目標源的信息，隨著抵消目標增多、迭代次數增加，算法抵消效果會變差；在自適應抵消過程中，目標數據失真較嚴重，影響到目標的方位估計。 最后，針對自適應濾波方法難以獲取“純凈”的參考信號及目標信號易失真的情況，本文研究基于空間矩陣濾波器的近場聲抑制方法。研究空間矩陣濾波器的基本原理，以及構建空間矩陣濾波器需要遵守的三種約束準則。仿真結果顯示該方法抑制近場干擾的效果良好，但也存在一定的不足：其對近場區(qū)域干擾抑制的同時，也會對部分遠場扇面區(qū)域的信號產生衰減，濾波器對此方位范圍內的遠場信號探測能力變弱。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U666.7;P715.5
【圖文】：

a.信號入射方向 = b.信號入射方向 = 圖 2.1 12 元陣的空間功率譜式(2-5)中，空間譜 2Y 在1 兩側的第一個零點之間的方位寬度，即空間譜的主瓣寬度，由0BW 給出。 Md 稱為陣列孔徑。通過接收信號的空間譜能估計出信號的來源方向，進而估計出目標所在方位，所以空間譜估計被稱為目標源 DOA 估計(estimation of direction-of-arrival)，也稱為信號的波達方向估計。然而，受到“瑞利準則”的限制，空間功率譜主瓣存在一定的寬度，因此當兩個入射角度接近的信號傳播到接收陣列時，功率譜主瓣就會疊加在一起，不能有效的分辨出目標源的所在方位。由式(2-5)可知，空間譜估計的方位分辨能力是由陣列孔徑Md 控制的，若想獲得更好的方位分辨能力，就需要更大的陣列孔徑。但在實際應用中，受制造成本及制造水平的限制，陣列孔徑不會無限增大。為了獲得更好的分辨性能，近幾十年來，出現了多種高分辨率的方位估計方法。下面本文將研究兩種應用較多的高分辨率方位估計技術：基于 MVDR 算法的波束形成器和基于 MUSIC 算法的信號方位估計方法。2.2 基于 MVDR 算法的波束形成器

如 2.2 節(jié)所述，得不到R ，只能由陣列采樣數據自相關矩陣 R 近似，對其進行分解得到信號子空間 SE 和噪聲子空間 NE 。式(2-27)更改為：MUSICH H1( ) ( ) ( )N NP a E E a(2MUSIC 譜 MUSICP 與 MVDR 波束形成器一樣，都是找到譜中的 K 個峰值位置為信號入射到陣列的方位。譜函數 MUSICP 的峰值方位反映了信號的入射方向，并不是信號的方位譜，通常稱 MUSICP 為偽譜，或者 MUSIC 譜。.4 計算機仿真結果及分析下面將從分辨力角度對上述的三種方位估計方法：常規(guī)波束掃描、MVDR 波束器掃描、MUSIC 譜方位估計的性能進行計算機仿真分析。仿真條件：12 元半波長（對應的頻率為1kHz）間隔均勻分布的線列陣，假定兩噪比均為 10dB 的目標信號從 1 與2 方向入射到陣列。信號是中心頻率為1kHz、為40Hz的隨機高斯帶限過程；背景噪聲為帶限高斯白噪聲，信號噪聲互不相關�？炫臄等� 100，仿真結果如圖 2.2 所示。

1 與2 方向入射到陣列，背景噪聲為帶限高斯白噪聲，但場干擾，具體示意圖如圖 2.3 所示。xz15m0.5m( 5,3,12)100y0.5m海深25m海底海面遠場平面波近場干擾源圖 2.3 強干擾背景下線列陣測量模型干擾區(qū)，離散化后坐標分別為 5 m,3m,12m ， 5 m2m ， 5 .5m,3.5m,12m ，總干噪比為 40dB。在此種背景條計結果如圖 2.4 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2792919