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基于时反垂直阵的运动多目标定位技术研究

作　者: 罗方方
导　师: 生雪莉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 时间反转镜高分辨运动目标并行计算
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 51次
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内容摘要

针对海洋环境的复杂性和多途性,时间反转镜(TRM)是一种可自适应修正各种多途引起的畸变,实现目标的检测和定位的新方法。本文在已有研究基础上,将TRM和阵列信号处理、高分辨定位算法相结合,研究基于时间反转镜的水下运动的、多目标的高分辨被动定位算法。论文首先回顾了阵列信号处理方法,综述了时间反转镜技术在国内、外水声领域的研究情况。在研究了常规垂直阵时反被动定位技术原理的基础上,提出了垂直阵被动时反高分辨定位技术,该技术实现了在多目标原位置的被动聚焦,并较常规方法获得更高的空间分辨力和聚焦增益。针对时反高分辨算法宽容性差的问题,研究了基于固定对角加载和RCB的宽容时反MVDR算法,该算法在实现多目标高精度定位的同时可提高算法的稳健性。水池和海试数据处理结果证明了时反高分辨算法用于被动目标定位的可行性和宽容时反MVDR的稳健性。初步研究了运动目标的时反定位技术,分析了目标运动时的多普勒变化模型及目标运动对接收信号的影响。目标的运动使多途接收信号的不同的途径具有不同的多普勒系数。仿真结果表明,在目标运动时采用时反算法可实现对两个运动目标的定位。为了满足时反高分辨算法工程化、实用化的需求,基于MPI的并行程序设计方法,构建了时反MVDR算法的并行程序框架,在多核计算机上搭建了并行仿真环境,实现了时反MVDR的并行信号处理。仿真结果表明,经过优化的并行时反MVDR算法可在节省运算时间的同时,实现对目标的时反定位。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 立题背景及意义  9
  1.2 阵列信号处理简介  9-10
  1.3 时间反转技术及其在水声中的应用  10-12
  1.4 论文主要研究内容  12-13
第2章垂直阵时反高分辨被动定位技术研究  13-31
  2.1 垂直阵时反被动定位技术  13-18
    2.1.1 时间反转镜聚焦原理  13-15
    2.1.2 垂直阵时反定位原理  15-18
  2.2 时反高分辨算法基本原理  18-20
    2.2.1 声压阵列输出的数学模型  18-19
    2.2.2 MUSIC算法基本原理  19-20
    2.2.3 MVDR算法基本原理  20
  2.3 时反高分辨算法仿真分析  20-25
  2.4 时反高分辨算法宽容性研究  25-30
    2.4.1 宽容MVDR算法基本原理  25-27
    2.4.2 典型失配条件下时反算法性能分析  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章时反高分辨算法试验研究  31-35
  3.1 水池实验研究  31-32
  3.2 海试试验研究  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章运动目标的时反定位  35-44
  4.1 多普勒变化模型  35-38
    4.1.1 多普勒系数  35-37
    4.1.2 多普勒系数差  37
    4.1.3 多途条件下的多普勒变化模型  37-38
  4.2 多普勒信号仿真结果  38-40
  4.3 运动目标时反定位结果  40-43
    4.3.1 单阵元运动目标时反定位结果  40-42
    4.3.2 垂直阵运动目标时反定位结果  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章基于MPI的时反算法并行程序设计  44-56
  5.1 并行计算机的分类  44-45
  5.2 时反MVDR算法的并行性分析  45
  5.3 基于MPI的并行程序设计  45-50
    5.3.1 MPI的数据类型  46-47
    5.3.2 MPI六个基本函数的调用  47
    5.3.3 MPI的程序框架  47
    5.3.4 MPI并行程序设计的基本模式  47-48
    5.3.5 MPI的通信模型  48-50
  5.4 并行环境的搭建  50-51
  5.5 基于MPI并行高分辨算法  51-55
    5.5.1 并行时反MVDR算法设计  51-53
    5.5.2 并行时反MVDR算法的性能分析  53-55
  5.6 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  61-62
致谢  62

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