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基于射线理论的匹配场声源定位研究

作　者: 黄益旺
导　师: 杨士莪
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 射线理论传播时间匹配场处理
分类号: TB561
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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引　用: 11次
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内容摘要

近年来，随着水声技术的不断发展，匹配场处理技术在声源定位中得到了广泛应用，已经成为水声信号处理的重要手段之一。然而，海洋环境是极其复杂的，解算三维声场还存在许多困难，目前为止仍未找到一种有效的计算三维声场的快速方法。传统的声源定位处理器有不少，如线性处理器、最小方差处理器、匹配模处理器等等几十种，基本上都是基于声压场进行的信号处理。而声压是一个随机量，幅度和相位存在起伏，单次测量或少量有限次测量不能完整表达声场特性，这就很难准确进行匹配场声源定位，其精度得不到保证。之所以选择声传播时间的原因是：噪声容限可以得到提高，并且传播时间的计算可以不考虑声压的信息，从而降低了对环境模型失配的敏感性；相位的起伏也可通过到达包络的群延时来消除；传播时间是介质声速分布的伪线性函数并且传播时间的起伏远小于声压的起伏。综合以上分析，本文尝试了一种新的方法—声传播时延的匹配场声源定位，即运用最早到达的声信号在相邻基元上的时延作匹配场处理。文中构造了两类代价函数，第一类代价函数基于相邻基元的传播时延，第二类代价函数基于声传播时间。文中运用该函数分别对海底深度、接收基阵位置和声速分布三种失配情况进行计算机模拟研究。仿真结果表明，第一类代价函数对海底深度和基阵倾斜失配是敏感的，对声速失配却不敏感，并且能够获得较高的深度定位精度；第二类代价函数对三种失配都不敏感，只是深度分辨率较低。为了克服代价函数对失配的敏感性，可采用提高时延估计精度和模型计算精度的方法。当两个条件满足时，敏感性得到极大的抑制并获得了较高的距离和深度估计精度。文中最后运用实验数据实现了匹配场声源定位。计算结果表明，基于声传播时延的匹配场定位对声速分布失配是不敏感的。虽然接收基阵位置倾斜和海洋深度误差对匹配场处理影响较大，但只要选择适当的代价函数，可以得到克服。从仿真和实验数据处理的结果分析，声传播时延匹配场声源定位是行之．哈尔滨工程大学硕士学位论文一有效的方法。而且声线的寻找具有简单，精度高等特点。特别是射线理论对．解三维声场尤为方便，它将有望实现三维声场的快速计算和声场的反演，达到海详环境的监测目的。

全文目录

第1章绪论  10-22
  1．1 概述  10-13
  1．2 国内外发展现状  13-20
  1．3 本文的主要工作  20-22
第2章射线理论  22-32
  2．1 声程方程  22-24
  2．2 射线理论应用条件  24-25
  2．3 声线传播时间和传播距离计算  25-31
    2．3．1 均匀等速介质传播时间  25-27
    2．3．2 线性负梯度介质传播时间  27-31
  2．4 本章小结  31-32
第3章匹配场声源定位仿真  32-60
  3．1 线性处理器  34-35
  3．2 最小方差处理器  35-38
  3．3 声沿声线的传播时间匹配场定位  38-58
    3．3．1 代价函数  38-40
    3．3．2 声源定位仿真  40-58
  3．4 本章小结  58-60
第4章实验数据处理  60-68
  4．1 传播时间提取  60-61
    4．1．1 互相关法  60-61
    4．1．2 门限检测  61
  4．2 匹配场声源定位  61-66
    4．2．1 实验描述  61-62
    4．2．2 接收信号波形  62-63
    4．2．3 声源定位结果  63-66
  4．3 本章小结  66-68
结论  68-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76-77
个人简历  77

基于射线理论的匹配场声源定位研究

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