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声纳基阵宽带波束优化设计

作　者: 郭祺丽
导　师: 孙超
学　校: 西北工业大学
专　业: 水声工程
关键词: 时域宽带波束形成恒定束宽波束形成声纳体积阵买侧阵列流形近场补偿波束近场宽带波束形成
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 8次
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内容摘要

现代声纳系统普遍采用水听器基阵和先进的信号处理手段来提高对目标的检测和定位能力,而基阵的波束形成则在其中起到了核心作用。目前,宽带信号的阵处理已经成为阵列信号处理研究的重要方向和热点问题。本论文结合水池实验,系统、深入地研究了宽带信号的波束优化设计问题。论文中首先介绍了任意结构阵列的窄带波束优化设计方法,系统地分析了各种宽带波束形成器的结构和特点。在此基础上,本文的主要研究工作包括: 1.结合实际声纳体积阵的波束优化设计,深入地研究了低旁瓣的时域宽带波束形成问题。研究表明,在实际声纳系统中,由于实测阵列流形与理想阵列流形的失配,采用理想阵列流形设计波束会导致实际波束的性能严重下降。文中将窄带中的稳健波束优化方法发展应用到宽带系统中,指出了在宽带系统中进行波束优化所面临的问题,并提出了基于期望响应内插的FR滤波器设计方法来解决。实验数据分析结果表明了该方法的正确性和有效性。 2.研究了任意结构阵列的恒定束宽波束形成器的设计方法,给出了一个时域宽带恒定束宽波束形成的设计实例。介绍了直接设计合适的FIR滤波器组来实现恒定束宽加权的方法,并将其应用于均匀离散圆弧阵,用两类优化方法进行仿真,并对得到的结果进行了比较。仿真结果说明用第二类方法,即要求波束在主瓣区域最佳地逼近期望波束而在旁瓣区域小于一给定值时,得到的波束能更好地满足设计要求。 3.研究了近场情况下的波束形成问题。给出了近场补偿波束的原理及仿真实例。对于任意结构阵列,提出了由近场信号模型来设计近场波束的约束最小平方和优化方法,仿真结果表明这种方法可以有效地提高近场波束形成的性能。讨论了近场宽带波束形成问题,将半定规划方法用于近场宽带波束优化设计,仿真结果表明了这种方法的有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1．1 本文研究的背景和意义  8-9
  1．2 国内外研究历史及现状  9-11
  1．3 本文的主要工作  11-13
第二章窄带波束形成及优化  13-23
  2．1 阵列接收信号模型  13-15
    2．1．1 目标源发射信号模型  13-14
    2．1．2 阵列接收信号模型  14-15
  2．2 阵列流形  15-17
    2．2．1 由阵元位置得到阵列流形  15-16
    2．2．2 实测阵列流形的获取  16-17
  2．3 常规窄带波束形成  17-19
  2．4 窄带波束优化设计  19-22
    2．4．1 任意阵的窄带波束优化  19-20
    2．4．2 窄带波束优化设计实例  20-22
  2．5 本章小结  22-23
第三章宽带波束形成基础  23-30
  3．1 宽带频域模型  23-24
  3．2 滤波器设计原理  24-26
  3．3 频域宽带波束形成  26-27
  3．4 经典的时域宽带波束形成  27-28
  3．5 采用 FIR数字滤波器的时域宽带波束形成  28-29
  3．6 本章小结  29-30
第四章低旁瓣时域宽带波束形成的实验研究  30-43
  4．1 实验设备及实施环境条件  30-32
  4．2 实验数据分析  32-33
  4．3 基于理想阵列流形的波束优化  33-34
  4．4 基于实测阵列流形的波束优化  34-35
  4．5 基于期望响应内插技术的宽带波束优化设计  35-39
    4．5．1 基本原理  36-37
    4．5．2 设计实例  37-39
  4．6 低旁瓣宽带优化波束的时域实现  39-42
  4．7 本章小结  42-43
第五章恒定束宽波束形成  43-56
  5．1 线列阵恒定束宽波束设计  43-44
  5．2 任意阵宽带恒定束宽波束设计  44-51
    5．2．1 恒定束宽波束形成原理  44-46
    5．2．2 设计实例  46-51
  5．3 直接设计 FIR滤波器组来实现恒定束宽加权  51-55
    5．3．1 基本原理  51-53
    5．3．2 仿真实例  53-55
  5．4 本章小结  55-56
第六章近场波束形成  56-67
  6．1 近场信号模型及近场情况下的阵列响应向量  56-58
    6．1．1 近场信号模型  56-57
    6．1．2 近场情况下的阵列响应向量  57-58
  6．2 近场补偿  58-60
    6．2．1 近场补偿波束的原理  58-59
    6．2．2 近场补偿波束的仿真研究  59-60
  6．3 近场窄带波束优化设计  60-64
    6．3．1 近场波束优化原理  60-61
    6．3．2 设计实例  61-64
  6．4 近场宽带波束形成  64-66
    6．4．1 近场宽带恒定束宽波束设计原理  64-65
    6．4．2 仿真分析  65-66
  6．5 本章小结  66-67
第七章全文总结  67-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-74
致谢  74-75

声纳基阵宽带波束优化设计

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