噪声测量中矢量水听器被动合成孔径声纳方法研究

摘要

水下目标辐射噪声的测量，早期使用声压水听器阵列，若想获得可观的空间增益，则需要很庞大的水听器阵列，工程实现难度大，代价高，合成孔径技术对小孔径基阵沿直线运动过程中记录的接收信号进行孔径合成处理，从而达到虚拟大孔径基阵的方位分辨力效果，以牺牲了时间增益换取了空间增益。矢量水听器具有的指向性不随频率改变，将矢量水听器应用于拖曳线列阵中，可以用更小的代价改善拖曳线列阵的噪声抑制能力，消除单次定向中的左右舷模糊，切实改善目标定位精度。
　　 本文介绍了矢量水听器的概况，包括矢量水听器的分类，灵敏度、相位特性及其组合指向性。对被动合成孔径的基本原理进行了系统的介绍。研究了被动合成孔径的两个影响因素：信号时间相干性的影响和拖曳速度的影响。对被动合成孔径的两种算法：FFTSA算法和ETAM算法的理论公式进行了推导，描述了两种算法的流程，并且进行了仿真。对噪声测量的基本原理进行了介绍，对噪声测量的方法及其系统进行了介绍。应用拖曳线列阵进行噪声测量，对于宽带信号的处理应用了恒定束宽的思想，文中对恒定束宽方法进行了简单的介绍。采用合成孔径阵列恒定束宽处理要优于常规声压阵列，它可以通过阵元数目较少的阵列，得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列。降低了由于阵列过长而造成的复杂性。
　　 最后在理论研究的基础上进行了大量的仿真研究，矢量合成孔径声纳方法的应用具有了合成孔径声纳的诸多优势，同时还消除了左右舷模糊。证明了合成孔径算法合成的虚拟线列阵可以应用恒定束宽的方法对宽带信号进行处理，在相同阵元的情况下，合成孔径阵列能够得到更高的增益和方位分辨力，同时通过合成大的阵列可以对多个倍频程的信号进行采集和处理。探讨了被动合成孔径声纳处理宽带信号的优势。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题的目的和应用背景

1.2 矢量水听器与声矢量信号处理发展现状

1.3 噪声测量技术的发展

1.4 被动合成孔径技术国内外研究历史和现状

1.5 论文的内容与结构

第2章 矢量水听器阵列波束形成原理

2.1 矢量水听器概况

2.1.1 矢量水听器分类

2.1.2 矢量水听器的灵敏度和频率特性

2.1.3 矢量水听器的指向性

2.2 矢量水听器阵列波束形成

2.2.1 标量水听器均匀线列阵模型

2.2.2 矢量水听器均匀线列阵模型

2.2.3 时域波束形成

2.2.4 频域波束形成

2.3 本章小结

第3章 被动合成孔径声纳原理

3.1 被动合成孔径声纳基本原理

3.2 被动合成孔径声纳的数学模型

3.3 被动合成孔径的影响因素

3.3.1 信号时间相干性的影响

3.3.2 拖曳速度的影响

3.4 被动合成孔径两种经典算法

3.4.1 FFTSA算法

3.4.2 ETAM算法

3.5 本章小结

第4章 被动合成孔径在噪声测量中的应用

4.1 引言

4.2 噪声测量基本原理

4.3 辐射噪声测量方法及测量系统

4.4 被动合成孔径声纳应用恒定束宽方法对宽带信号的处理

4.4.1 恒定束宽的原理及相应设计

4.4.2 恒定束宽法噪声测量线列阵设计

4.5 本章小结

第5章 仿真研究及分析

5.1 常规阵列与矢量阵列的仿真

5.2 常规阵列与合成孔径阵列的仿真

5.3 合成孔径阵列与矢量合成孔径阵列的仿真

5.3.1 单个声源的仿真

5.3.2 多个声源的仿真

5.4 参数不同对合成孔径的影响

5.5 被动合成孔径声纳对宽带信号的仿真

5.6 被动合成孔径声纳处理宽带信号的优势

5.6.1 合成孔径对多个频段的噪声信号测量的说明

5.6.2 拖曳线列阵运动速度v对宽带噪声信号测量的影响

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢