本文關(guān)鍵詞：水下聲學正視成像的稀疏基陣優(yōu)化與設(shè)計

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【摘要】：水下正視成像是探測領(lǐng)域中的熱點問題,聲學傳感器基陣式水下成像是一個重要方向。然而基陣式成像技術(shù)存在系統(tǒng)復雜、成本高、成像幀速低等問題。在減少系統(tǒng)復雜性和建造成本方面,采用稀疏化的傳感器基陣構(gòu)成MIMO陣列是途徑之一,在基陣稀疏優(yōu)化方面進行深入研究并取得如下成果。采用雷達領(lǐng)域常用的凸優(yōu)化陣列綜合方法優(yōu)化設(shè)計一個稀疏基陣。根據(jù)水下聲學成像系統(tǒng)的要求設(shè)定目標函數(shù)：陣列大小和旁瓣電平,然后進行多次的迭代優(yōu)化出期望的稀疏陣列。接著對優(yōu)化的基陣進行成像仿真,成像效果約有3cm的縱向分辨率和9.2。的角度分辨率,可以完成對目標的判斷,同時可以實現(xiàn)降低系統(tǒng)成本的目的。采用虛擬陣元技術(shù)實現(xiàn)基于方形基陣的優(yōu)化設(shè)計。在期望虛擬基陣的基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計發(fā)射陣元和接收陣元的位置,達到了用盡量少的發(fā)射陣元和接收陣元實現(xiàn)期望基陣的效果。再結(jié)合性能良好的發(fā)射信號可以實現(xiàn)一次發(fā)射進行成像的目的,來提高了成像幀速率。通過點目標和幾何目標的成像仿真,結(jié)果表明：點目標顯示約有3cm的縱向分辨率和5。的角度分辨率,幾何目標的特征和結(jié)構(gòu)細節(jié)明顯,能夠?qū)δ繕诉M行識別。稀疏基陣在滿足了成像要求的同時,還降低了系統(tǒng)的復雜性和成本。通過兩種方法優(yōu)化設(shè)計的基陣的成像結(jié)果可得：兩種優(yōu)化的基陣可以用于水下聲學成像。凸優(yōu)化方法優(yōu)化設(shè)計的陣列在探測距離向和基于虛擬陣元技術(shù)設(shè)計的稀疏基陣有著相似的分辨率,但是其角度分辨率相對要差一些,主要是受陣列的陣元數(shù)目的影響。因此,凸優(yōu)化方法優(yōu)化的基陣分辨率還有待提高。
【關(guān)鍵詞】：水下聲學成像 傳感器陣列 稀疏優(yōu)化 凸優(yōu)化 虛擬陣元
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TB56
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 稀疏陣列優(yōu)化的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排13-15
• 1.3.1 論文主要解決的問題13
• 1.3.2 論文的內(nèi)容安排13-15
• 第二章 基陣成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)15-29
• 2.1 水下聲學成像特點15
• 2.2 水下成像的形式15-17
• 2.2.1 聲吶聲學成像15-17
• 2.2.2 正視聲學成像17
• 2.3 基陣式聚焦水下成像系統(tǒng)17-21
• 2.3.1 時疊加波束形成17-19
• 2.3.2 相位控制波束形成19
• 2.3.3 MUSIC波束形成19-20
• 2.3.4 頻域波束形成20-21
• 2.4 基陣式成像系統(tǒng)的發(fā)射信號21-28
• 2.4.1 二相編碼信號22-23
• 2.4.2 線性調(diào)頻信號23-24
• 2.4.3 偽隨機碼調(diào)制線性調(diào)頻的復合信號24-26
• 2.4.4 復合信號的模糊函數(shù)26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 稀疏成像基陣形式29-37
• 3.1 稀疏基陣29-30
• 3.2 L型稀疏基陣30-32
• 3.2.1 L型陣列模型30-32
• 3.3 十字型稀疏基陣32-35
• 3.3.1 十字型陣列模型32-35
• 3.4 成像基陣的發(fā)展趨勢35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 凸優(yōu)化的陣列綜合方法37-48
• 4.1 常用幾種陣列綜合方法37-40
• 4.1.1 模擬退火算法37-38
• 4.1.2 遺傳算法38-39
• 4.1.3 粒子群算法39-40
• 4.2 凸優(yōu)化的陣列綜合方法40-44
• 4.2.1 稀疏陣列模型40-42
• 4.2.2 實驗仿真42-44
• 4.3 成像仿真44-47
• 4.3.1 點目標的仿真45-46
• 4.3.2 幾何目標仿真46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 基于虛擬陣元技術(shù)的稀疏基陣優(yōu)化設(shè)計48-62
• 5.1 虛擬陣元技術(shù)48-49
• 5.2 2-D稀疏基陣的優(yōu)化設(shè)計49-54
• 5.3 接收波束圖仿真54-56
• 5.4 目標成像仿真56-61
• 5.4.1 參數(shù)設(shè)置56-58
• 5.4.2 點目標仿真58-59
• 5.4.3 幾何目標仿真59-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 全文總結(jié)62-63
• 6.2 研究展望63-64
• 參考文獻64-70
• 致謝70-71
• 作者簡介71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文71
• 攻讀碩士學位期間參與項目情況71

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本文編號：747595