【摘要】： 海洋是目標(biāo)信號(hào)傳至接收點(diǎn)所經(jīng)的聲信道,如何克服傳播介質(zhì)不均勻及信道的多途特性對(duì)接收信號(hào)的影響,是聲吶信號(hào)處理的關(guān)鍵之一。時(shí)間反轉(zhuǎn)法是從光學(xué)中的相位共軛法演化而來(lái)的一種自適應(yīng)聚焦方法,它具有不需要介質(zhì)不均勻性的先驗(yàn)信息,自適應(yīng)修正各種多途引起的畸變,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)聚焦的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。本文首先對(duì)研究的基本理論作簡(jiǎn)單的闡述,并且介紹了時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡在醫(yī)學(xué)、水聲等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。然后全文就時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡自適應(yīng)聚焦和成像作如下研究： (1)分析了時(shí)間反轉(zhuǎn)自適應(yīng)聚焦原理,在典型的水文條件下進(jìn)行了時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡自適應(yīng)聚焦的仿真研究并進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析。仿真結(jié)果表明,在隨機(jī)媒質(zhì)中,時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡利用水聲信道的相干多途特性獲得聚焦增益,聚焦效果明顯優(yōu)于均勻媒質(zhì)。 (2)研究了非均勻媒質(zhì)中時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的聚焦性能問(wèn)題。在虛擬水槽內(nèi)進(jìn)行了時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦的仿真實(shí)驗(yàn)研究并進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析。理論和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在非均勻媒質(zhì)中,由于利用水聲信道的相干多途特性,時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的有效孔徑增大,獲得空間處理增益10dB以上；非均勻媒質(zhì)聚焦效果明顯優(yōu)于均勻媒質(zhì)。 (3)提出一種時(shí)間反轉(zhuǎn)算子特征值分解算法。對(duì)于可分辨的理想散射目標(biāo),該算法將時(shí)間反轉(zhuǎn)算子特征值分解,每個(gè)非零特征值對(duì)應(yīng)的特征向量為換能器陣列提供相應(yīng)目標(biāo)的聚焦相位信息,實(shí)現(xiàn)選擇性檢測(cè)和聚焦,這為時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡區(qū)分多目標(biāo)和選擇聚焦提供了理論依據(jù)。 (4)提出一種基于時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡和Wigner-Hough變換的線性調(diào)頻信號(hào)檢測(cè)方法。在虛擬水槽內(nèi)進(jìn)行時(shí)頻分析的仿真研究,將時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡被動(dòng)接收的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)再發(fā)射到同一媒質(zhì)中,在信號(hào)源處將接收到的信號(hào)進(jìn)行WHT時(shí)頻分析,同時(shí)比較了WVD分布和WHT變換的LFM信號(hào)檢測(cè)性能。仿真結(jié)果表明,對(duì)于多分量LFM信號(hào),WVD在每個(gè)散射信號(hào)的低頻和高頻段產(chǎn)生交叉干擾項(xiàng),影響對(duì)LFM信號(hào)的檢測(cè)。時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡結(jié)合WHT分析能夠抑制多途效應(yīng),減少交叉項(xiàng),提高雙分量LFM信號(hào)的檢測(cè)性能。 (5)提出在隨機(jī)媒質(zhì)中采用時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡超聲成像的DOA-AT新算法。新算法通過(guò)對(duì)散射中接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)間和響應(yīng)矩陣頻域奇異值進(jìn)行分解,將時(shí)域內(nèi)目標(biāo)函數(shù)DOA估計(jì)與到達(dá)時(shí)間估計(jì)結(jié)合起來(lái),使成像目標(biāo)的縱坐標(biāo)估計(jì)得到明顯改善,對(duì)目標(biāo)檢測(cè)能力增強(qiáng)。
【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】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：P733.21

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本文編號(hào)：2725714