海底固定陣匹配場定位算法研究
發(fā)布時間：2021-11-16 07:47
匹配場處理（MFP,Matched-Field Processing）技術能夠將水聲信道的物理特性和傳統(tǒng)的信號處理算法相結合,在水下聲源目標的探測與定位,地聲參數(shù)反演等方面具有良好的表現(xiàn),是近年來國內(nèi)外水聲領域比較熱衷的技術。匹配場聲源定位技術隨之不斷發(fā)展,在以往的匹配場聲源定位中,通常會選擇垂直線列陣（Vertical line array,VLA）作為接收基陣,因其可以在深度上采集較多的聲傳播信息,對絕大部分簡正波模態(tài)精確采樣。垂直線列陣容易發(fā)生陣列傾斜等固有特性限制了其性能及應用,固定在海底的水平線列陣可以通過長時間海洋環(huán)境調查,獲取陣列周邊海洋環(huán)境參數(shù)信息,不斷優(yōu)化匹配場使用的參數(shù),從而可以在一定程度上避免環(huán)境失配對匹配場帶來的誤差,同時,由于海底固定陣在水平空間能夠對目標進行方位估計,通過結合方位估計算法,能夠有效實現(xiàn)目標的三維定位,減少三維空間匹配場定位帶來的龐大計算量。本文擬通過研究海洋聲學相關理論與聲場建模方法,通過理論與仿真研究基于海底水平固定陣的匹配場定位算法,得到穩(wěn)健性較好的海底水平固定陣匹配場定位算法,并用實測海上試驗數(shù)據(jù)驗證算法有效性。本文的主要工作有:1、從...
【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同深度水平陣的匹配場定位模糊平面
JASA 的文章中實現(xiàn)了基于壓縮感知的基追蹤[44]，將匹配場問題轉換為未定的凸優(yōu)化問題。理論推導和仿真結果表明，對于單一聲源，對于任意數(shù)量快拍，壓縮感知（CS）處理器和 Bartlett 處理器的結果相同。而對于單個和多個非相干源，仿真結果表明，壓縮感知（CS）處理器相對于自適應白噪聲約束處理器定位性能有所改進。Tollefsen 使用陣列相干和陣列非相干處理器對 SWellEx-96 淺海試驗數(shù)據(jù)中的兩個水平陣數(shù)據(jù)進行處理[45]，處理效果均優(yōu)于分別對單個陣列數(shù)據(jù)的處理效果。1.4 本文主要研究內(nèi)容垂直陣可以在深度上采集較多的聲傳播信息，對絕大部分簡正波模態(tài)精確采樣，因此多年來在水聲領域廣受研究人員青睞，其匹配場定位算法較為成熟。本文對現(xiàn)有垂直陣匹配場定位算法進行較為深入的學習與研究，通過仿真實驗以及海上試驗數(shù)據(jù)處理驗證算法可靠性，然后以垂直陣匹配場定位算法為基礎，通過理論與仿真實驗探索、提出基于海底水平固定陣的匹配場定位算法，得到穩(wěn)健性較好的海底水平固定陣匹配場定位算法，并進行誤差分析，最后用實測海上試驗數(shù)據(jù)驗證算法有效性。
第 14 頁圖 2.1 Kraken 程序模塊結構圖第一部分：模式計算Kraken:讀取環(huán)境文件*.env，求解簡正波的模式，并寫入到輸出文件*.mod 以直接應用于彈性介質，但計算過程中忽略了彈性介質中的材料吸收衰減。KrakenC:Kraken 的另一個版本，在復平面內(nèi)計算特征值。Kraken 利用擾動只計算特征值的實部，而 KrakenC 計算特征值的復數(shù)值。KrakenC 的運行速約比 Kraken 慢 3 倍，但是它考慮了模式泄露與彈性介質中的材料衰減吸收序內(nèi)部 KrakenC 是用一組等價的反射系數(shù)來代替彈性介質，因此無法直接運rakenC 來觀察彈性分層中的聲場。KrakenL:與 KrakenC 類似，可以計算彈性介質中的彈性位移和彈性應力。很少被應用，而且未來也不會再更新。第二部分： 基本繪圖程序
【參考文獻】：
期刊論文
[1]淺海水平固定陣陣形對匹配場定位性能的影響[J]. 彭水,袁蓉,徐國貴. 艦船科學技術. 2015(09)
[2]海底水平陣性能分析[J]. 李澍,章新華,周敏,鄭文強,徐偉東. 艦船科學技術. 2014(09)
[3]基于特征提取的匹配場處理[J]. 王奇,王英民,諸國磊. 火力與指揮控制. 2014(05)
[4]基于模擬退火算法的快速匹配場處理[J]. 王奇,王英民,茍艷妮. 電聲技術. 2013(09)
[5]淺海中水平陣時反聚焦性能研究[J]. 陳羽,倪明,張振慧. 應用聲學. 2011(04)
[6]基于環(huán)境擾動的線性匹配場處理方法[J]. 楊坤德,馬遠良,鄒士新,雷波. 聲學學報. 2006(06)
[7]不確定環(huán)境下的穩(wěn)健自適應匹配場處理研究[J]. 楊坤德,馬遠良,張忠兵,鄒士新. 聲學學報. 2006(03)
[8]淺海中水平陣的匹配定位[J]. 馬力. 聲學學報. 1996(S1)
[9]基于聲線理論的水聲被動定位原理[J]. 孫枕戈,馬遠良,屠慶平,姜小權. 聲學學報. 1996(05)
博士論文
[1]水聲信號的匹配場處理技術研究[D]. 楊坤德.西北工業(yè)大學 2003
本文編號：3498446
【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同深度水平陣的匹配場定位模糊平面
JASA 的文章中實現(xiàn)了基于壓縮感知的基追蹤[44]，將匹配場問題轉換為未定的凸優(yōu)化問題。理論推導和仿真結果表明，對于單一聲源，對于任意數(shù)量快拍，壓縮感知（CS）處理器和 Bartlett 處理器的結果相同。而對于單個和多個非相干源，仿真結果表明，壓縮感知（CS）處理器相對于自適應白噪聲約束處理器定位性能有所改進。Tollefsen 使用陣列相干和陣列非相干處理器對 SWellEx-96 淺海試驗數(shù)據(jù)中的兩個水平陣數(shù)據(jù)進行處理[45]，處理效果均優(yōu)于分別對單個陣列數(shù)據(jù)的處理效果。1.4 本文主要研究內(nèi)容垂直陣可以在深度上采集較多的聲傳播信息，對絕大部分簡正波模態(tài)精確采樣，因此多年來在水聲領域廣受研究人員青睞，其匹配場定位算法較為成熟。本文對現(xiàn)有垂直陣匹配場定位算法進行較為深入的學習與研究，通過仿真實驗以及海上試驗數(shù)據(jù)處理驗證算法可靠性，然后以垂直陣匹配場定位算法為基礎，通過理論與仿真實驗探索、提出基于海底水平固定陣的匹配場定位算法，得到穩(wěn)健性較好的海底水平固定陣匹配場定位算法，并進行誤差分析，最后用實測海上試驗數(shù)據(jù)驗證算法有效性。
第 14 頁圖 2.1 Kraken 程序模塊結構圖第一部分：模式計算Kraken:讀取環(huán)境文件*.env，求解簡正波的模式，并寫入到輸出文件*.mod 以直接應用于彈性介質，但計算過程中忽略了彈性介質中的材料吸收衰減。KrakenC:Kraken 的另一個版本，在復平面內(nèi)計算特征值。Kraken 利用擾動只計算特征值的實部，而 KrakenC 計算特征值的復數(shù)值。KrakenC 的運行速約比 Kraken 慢 3 倍，但是它考慮了模式泄露與彈性介質中的材料衰減吸收序內(nèi)部 KrakenC 是用一組等價的反射系數(shù)來代替彈性介質，因此無法直接運rakenC 來觀察彈性分層中的聲場。KrakenL:與 KrakenC 類似，可以計算彈性介質中的彈性位移和彈性應力。很少被應用，而且未來也不會再更新。第二部分： 基本繪圖程序
【參考文獻】：
期刊論文
[1]淺海水平固定陣陣形對匹配場定位性能的影響[J]. 彭水,袁蓉,徐國貴. 艦船科學技術. 2015(09)
[2]海底水平陣性能分析[J]. 李澍,章新華,周敏,鄭文強,徐偉東. 艦船科學技術. 2014(09)
[3]基于特征提取的匹配場處理[J]. 王奇,王英民,諸國磊. 火力與指揮控制. 2014(05)
[4]基于模擬退火算法的快速匹配場處理[J]. 王奇,王英民,茍艷妮. 電聲技術. 2013(09)
[5]淺海中水平陣時反聚焦性能研究[J]. 陳羽,倪明,張振慧. 應用聲學. 2011(04)
[6]基于環(huán)境擾動的線性匹配場處理方法[J]. 楊坤德,馬遠良,鄒士新,雷波. 聲學學報. 2006(06)
[7]不確定環(huán)境下的穩(wěn)健自適應匹配場處理研究[J]. 楊坤德,馬遠良,張忠兵,鄒士新. 聲學學報. 2006(03)
[8]淺海中水平陣的匹配定位[J]. 馬力. 聲學學報. 1996(S1)
[9]基于聲線理論的水聲被動定位原理[J]. 孫枕戈,馬遠良,屠慶平,姜小權. 聲學學報. 1996(05)
博士論文
[1]水聲信號的匹配場處理技術研究[D]. 楊坤德.西北工業(yè)大學 2003
本文編號：3498446
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