【摘要】：以水下無(wú)人航行器(UUV)為代表的小平臺(tái)是當(dāng)今探測(cè)海洋的主力軍。但海洋運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上安裝的聲吶設(shè)備均受到嚴(yán)重的近場(chǎng)干擾，如不同聲吶設(shè)備間的串?dāng)_、螺旋槳噪聲干擾等，UUV平臺(tái)也是如此，這對(duì)勘測(cè)海洋產(chǎn)生了極大的影響，因此如何抑制平臺(tái)的近場(chǎng)干擾，受到世界各國(guó)學(xué)者的廣泛重視。本文以自適應(yīng)濾波和空間矩陣濾波器等技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞近場(chǎng)干擾抑制技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證方法的可行性和有效性。 本論文的主要研究?jī)?nèi)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(jì)三種經(jīng)典的DOA估計(jì)方法，對(duì)比三種算法的性能；并根據(jù)線列陣的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合在MUSIC算法仿真條件中加入近場(chǎng)強(qiáng)干擾，得到的仿真結(jié)果受干擾影響很大，指出抑制近場(chǎng)強(qiáng)干擾的必要性。 其次，研究基于自適應(yīng)濾波的近場(chǎng)聲抑制方法。研究基于最小均方算法的自適應(yīng)濾波器以及水平線列陣聲圖測(cè)量的基本原理。由聲圖測(cè)量結(jié)果上的亮點(diǎn)信號(hào)提取出參考信號(hào)，結(jié)合自適應(yīng)干擾抵消，進(jìn)行聲抑制研究，結(jié)果表明該方法能較為有效的抵消近場(chǎng)干擾。但該方法提取的參考信號(hào)不夠“純凈”，包含其它目標(biāo)源的信息，隨著抵消目標(biāo)增多、迭代次數(shù)增加，算法抵消效果會(huì)變差；在自適應(yīng)抵消過(guò)程中，目標(biāo)數(shù)據(jù)失真較嚴(yán)重，影響到目標(biāo)的方位估計(jì)。 最后，針對(duì)自適應(yīng)濾波方法難以獲取“純凈”的參考信號(hào)及目標(biāo)信號(hào)易失真的情況，本文研究基于空間矩陣濾波器的近場(chǎng)聲抑制方法。研究空間矩陣濾波器的基本原理，以及構(gòu)建空間矩陣濾波器需要遵守的三種約束準(zhǔn)則。仿真結(jié)果顯示該方法抑制近場(chǎng)干擾的效果良好，但也存在一定的不足：其對(duì)近場(chǎng)區(qū)域干擾抑制的同時(shí)，也會(huì)對(duì)部分遠(yuǎn)場(chǎng)扇面區(qū)域的信號(hào)產(chǎn)生衰減，濾波器對(duì)此方位范圍內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)探測(cè)能力變?nèi)酢?br> 【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U666.7;P715.5
【圖文】：

a.信號(hào)入射方向 = b.信號(hào)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(cè)的第一個(gè)零點(diǎn)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(guò)接收信號(hào)的空間譜能估計(jì)出信號(hào)的來(lái)源方向，進(jìn)而估計(jì)出目標(biāo)所在方位，所以空間譜估計(jì)被稱為目標(biāo)源 DOA 估計(jì)(estimation of direction-of-arrival)，也稱為信號(hào)的波達(dá)方向估計(jì)。然而，受到“瑞利準(zhǔn)則”的限制，空間功率譜主瓣存在一定的寬度，因此當(dāng)兩個(gè)入射角度接近的信號(hào)傳播到接收陣列時(shí)，功率譜主瓣就會(huì)疊加在一起，不能有效的分辨出目標(biāo)源的所在方位。由式(2-5)可知，空間譜估計(jì)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(shí)際應(yīng)用中，受制造成本及制造水平的限制，陣列孔徑不會(huì)無(wú)限增大。為了獲得更好的分辨性能，近幾十年來(lái)，出現(xiàn)了多種高分辨率的方位估計(jì)方法。下面本文將研究?jī)煞N應(yīng)用較多的高分辨率方位估計(jì)技術(shù)：基于 MVDR 算法的波束形成器和基于 MUSIC 算法的信號(hào)方位估計(jì)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(shù)據(jù)自相關(guān)矩陣 R 近似，對(duì)其進(jìn)行分解得到信號(hào)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(gè)峰值位置為信號(hào)入射到陣列的方位。譜函數(shù) MUSICP 的峰值方位反映了信號(hào)的入射方向，并不是信號(hào)的方位譜，通常稱 MUSICP 為偽譜，或者 MUSIC 譜。.4 計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果及分析下面將從分辨力角度對(duì)上述的三種方位估計(jì)方法：常規(guī)波束掃描、MVDR 波束器掃描、MUSIC 譜方位估計(jì)的性能進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。仿真條件：12 元半波長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)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(biāo)信號(hào)從 1 與2 方向入射到陣列。信號(hào)是中心頻率為1kHz、為40Hz的隨機(jī)高斯帶限過(guò)程；背景噪聲為帶限高斯白噪聲，信號(hào)噪聲互不相關(guān)�？炫臄�(shù)取 100，仿真結(jié)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(chǎng)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(yuǎn)場(chǎng)平面波近場(chǎng)干擾源圖 2.3 強(qiáng)干擾背景下線列陣測(cè)量模型干擾區(qū)，離散化后坐標(biāo)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(jì)結(jié)果如圖 2.4 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁國(guó)龍,楊春,王德俊;頻點(diǎn)自跟蹤自適應(yīng)頻率估計(jì)器性能研究[J];電子學(xué)報(bào);2005年07期

2 梅繼丹;翟春平;余峗;惠俊英;;淺海稀疏陣聲圖測(cè)量實(shí)驗(yàn)分析[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

3 鄢社鋒;馬遠(yuǎn)良;;二階錐規(guī)劃方法對(duì)于時(shí)空域?yàn)V波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J];中國(guó)科學(xué)E輯:信息科學(xué);2006年02期

4 張德俊;聲成像的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景[J];科技導(dǎo)報(bào);1994年09期

5 何培忠,夏榮民,段世梅,壽文德;一種新的超聲成像方法振動(dòng)聲成像[J];聲學(xué)技術(shù);2005年01期

6 郭祺麗;孫超;;近場(chǎng)波束形成的約束最小平方和法[J];聲學(xué)技術(shù);2006年02期

7 蘇帥;馮杰;孫超;;空域預(yù)濾波的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法[J];聲學(xué)技術(shù);2008年01期

8 鄢社鋒;侯朝煥;馬曉川;;矩陣空域預(yù)濾波目標(biāo)方位估計(jì)[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2007年02期

9 王蓬;;軍用UUV的發(fā)展與應(yīng)用前景展望[J];魚雷技術(shù);2009年01期

10 諶穎;葉青華;黃海寧;;采用分級(jí)聚焦波束形成的快速聲成像算法[J];應(yīng)用聲學(xué);2008年03期

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1 劉凱;聲吶波束形成魯棒性及算法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2792919