【摘要】：以水下無人航行器(UUV)為代表的小平臺是當(dāng)今探測海洋的主力軍。但海洋運動平臺上安裝的聲吶設(shè)備均受到嚴(yán)重的近場干擾，如不同聲吶設(shè)備間的串?dāng)_、螺旋槳噪聲干擾等，UUV平臺也是如此，這對勘測海洋產(chǎn)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(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)，圍繞近場干擾抑制技術(shù)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(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譜方位估計三種經(jīng)典的DOA估計方法，對比三種算法的性能；并根據(jù)線列陣的實際應(yīng)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(jié)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(yīng)濾波的近場聲抑制方法。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量的基本原理。由聲圖測量結(jié)果上的亮點信號提取出參考信號，結(jié)合自適應(yīng)干擾抵消，進行聲抑制研究，結(jié)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(biāo)源的信息，隨著抵消目標(biāo)增多、迭代次數(shù)增加，算法抵消效果會變差；在自適應(yīng)抵消過程中，目標(biāo)數(shù)據(jù)失真較嚴(yán)重，影響到目標(biāo)的方位估計。 最后，針對自適應(yīng)濾波方法難以獲取“純凈”的參考信號及目標(biāo)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(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(chǎn)生衰減，濾波器對此方位范圍內(nèi)的遠場信號探測能力變?nèi)酢?br> 【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(cè)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(biāo)所在方位，所以空間譜估計被稱為目標(biāo)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(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(biāo)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(yīng)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(xiàn)了多種高分辨率的方位估計方法。下面本文將研究兩種應(yīng)用較多的高分辨率方位估計技術(shù)：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(shù)據(jù)自相關(guān)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(shù) 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(jié)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(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(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(biāo)分別為 5 m,3m,12m ， 5 m2m ， 5 .5m,3.5m,12m ，總干噪比為 40dB。在此種背景條計結(jié)果如圖 2.4 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2792919