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小尺度基阵空气声被动定向

作　者: 徐小哲
导　师: 孙超
学　校: 西北工业大学
专　业: 水声工程
关键词: 声测被动定向时延估计小基阵目标分辨恒定束宽
分类号: TN953
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 176次
引　用: 5次
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内容摘要

由于雷达系统在低空目标探测方面受到很大的局限,声测定位系统在未来的战场环境中会发挥越来越大的作用,如何通过声测定位系统和适当的算法获得准确的目标方位信息并识别不同的目标信号是本文研究的主要内容。本文系统地研究了空气中快速移动声源的定位跟踪问题。研究了空气中小尺度基阵对声源定位的理论问题和建模,以及如何准确地将具有不同波达方向的声源分辨开来。本文详细分析了近地声源的传播规律,包括传播衰减、地面反射、温度梯度和大气湍流等影响因素。并且根据平面波传播的规律建立几何模型,导出方位估计的数学表达式,作为后面仿真实验研究的理论依据。本文深入研究了单目标的定向问题。由于采用的是基于声程差几何定位原理,因此时延估计的准确性关系到方位估计的精确度。介绍并分析了两种时延估计算法——广义互相关法和LMS自适应算法,自适应算法中存在迭代过程,实时性较差,对硬件要求条件高,而在实际情况下,时延估计要求具有实时性,故着重考虑使用广义互相关法来估计时延。在方位估计的过程中,对于估计效果较差的,还要考虑前置处理和后置处理,最后分析由于时延估计和阵元位置误差引起的方位估计误差。本文深入研究了多目标的定向和分辨问题。分别使用波束域和阵元域的三种算法进行方位估计的仿真实验研究。首先阐述了阵元域算法ICSM的基本原理,说明提出这种方法的必要性,通过仿真实验证明估计结果要好于单频点的估计结果,并细致分析了各种因素对定向精度和分辨率的影响。然后,对另外一种阵元域算法CSM,主要是考虑了聚焦方法的好坏对估计结果的影响。最后,重点研究了波束域算法——BSCSM,比较并分析了不同的阵元数和孔径大小的阵列的估计结果;对于不同的实际信号,细致地分析了频段与带宽的选择以及阵列孔径等因素对方位估计准确性的影响。为了得到较好的估计结果,要根据具体信号的频谱来决定频率范围的选择。为了比较算法的性能优劣,在相同的实验条件下分别用三种算法进行仿真实验,能够看出波束域算法的估计结果要明显地好于其它两种阵元域算法的估计结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 研究历史及现状  9-10
  1.3 本文研究的主要内容  10-12
第二章声测定位原理及其建模  12-21
  2.1 近地声波的传播规律和直升机的声音特性的分析  12-15
    2.1.1 近地声源的特性  12-13
    2.1.2 直升机飞行中的主要声源  13
    2.1.3 直升机声音的波形和频谱  13-15
  2.2 声学阵列定向原理  15-21
    2.2.1 阵列声测所面临的一些技术问题  15-16
    2.2.2 阵列测向原理及其数学描述  16-21
第三章单目标定向方法研究  21-38
  3.1 时延估计算法的研究及其性能分析  21-25
    3.1.1 广义互相关(GCC)时延估计算法的基本原理  21-22
    3.1.2 自适应LMS算法估计时延的基本原理  22-24
    3.1.3 两种算法时延估计的结果比较及其性能分析  24-25
  3.2 声探测中数据的取样长度对时延估计结果的影响  25-26
  3.3 单目标方位估计中信噪比和取样长度对方位估计结果的影响  26-37
    3.3.1 不同取样长度对应的估计结果的比较分析  26-31
    3.3.2 目标方位估计的误差分析  31-37
  3.4 小结  37-38
第四章多目标方位估计及其分辨  38-65
  4.1 非相干信号子空间法宽带源定向技术研究  38-49
    4.1.4 ICSM的基本原理介绍  38-39
    4.1.2 抽取单个频率点进行方位估计  39-41
    4.1.3 基于ICSM的目标方位估计  41-46
    4.1.4 ICSM的性能分析  46-49
  4.2 相关信号子空间法(CSM)宽带源定向技术研究  49-54
    4.2.1 CSM的基本原理  50-52
    4.2.2 CSM的仿真实验和性能分析  52-54
  4.3 波束域相干信号子空间法对宽带源进行方何估计  54-58
    4.3.1 BSCSM的基本原理  54-55
    4.3.2 BSCSM仿真实验和性能分析  55-58
  4.4 宽带信号处理频段与带宽的选择和基阵孔径的考虑  58-62
    4.4.1 信号本身对选择处理带宽的影响  58-59
    4.4.2 基阵对处理带宽的要求  59-61
    4.4.3 处理带宽的选择  61-62
  4.5 对三种方法的比较和分析  62-65
第五章全文总结和工作展望  65-67
参考文献  67-70

小尺度基阵空气声被动定向

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