水聲陣列探測算法及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水下目標(biāo)的高精度、高分辨、快速定位算法及水聲陣列探測系統(tǒng)的設(shè)計是水聲陣列探測技術(shù)的核心內(nèi)容。在復(fù)雜的水聲環(huán)境下，水下目標(biāo)的精確快速定位與跟蹤，是新一代水下探測裝備急需解決的關(guān)鍵問題。本論文針對復(fù)雜水聲環(huán)境下的實際應(yīng)用需求，對水下目標(biāo)的定位理論與方法、對影響目標(biāo)定位精度的陣列誤差校正方法和陣列通道間同步采樣方法、對水聲陣列探測系統(tǒng)這一實現(xiàn)目標(biāo)定位的硬件基礎(chǔ)分別進(jìn)行了研究。本論文的主要研究內(nèi)容可歸納如下：
　　第一，針對近遠(yuǎn)場混合源的

2、分類與定位問題，首先，提出了一種采用交替搜尋方法進(jìn)行二維混合源分類與距離(Range)參數(shù)估計的算法，它以較低的計算量實現(xiàn)了二維混合源的分類與距離參數(shù)估計。然后，又提出了一種采用求根比較方法進(jìn)行二維混合源分類與定位的算法，它具有更低的計算量，能充分利用陣列的孔徑。最后，對前述方法進(jìn)行擴(kuò)展，提出了一種三維混合源定位算法，實現(xiàn)了方位角、仰角、距離參數(shù)的高精度聯(lián)合估計。
　　第二，針對傳統(tǒng)等距線陣孔徑小而限制角度分辨率的問題，利用稀疏線

3、陣構(gòu)造了一個十字型稀疏陣列，并提出了一種能實現(xiàn)陣列孔徑擴(kuò)展的三維近場源定位算法。該算法獲得了更大的陣列孔徑，避免了參數(shù)配對，計算量小，能同時定位更多的信號源，具有更好的角度分辨率和參數(shù)估計精度。
　　第三，針對單信號源定位以及陣列探測系統(tǒng)部分通道失效的問題，首先，基于稀疏線陣，提出了一種遠(yuǎn)場單源一維到達(dá)角(Direction-Of-Arrival,DOA)估計算法及其改進(jìn)算法；改進(jìn)算法具有陣列所需陣元少、角度分辨率高、角度參數(shù)估計

4、精度高、計算量小的優(yōu)點。然后，基于此一維DOA估計算法，設(shè)計了兩種稀疏垂直陣列結(jié)構(gòu)，并結(jié)合二維角度變換技術(shù)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)場單源的二維DOA估計。
　　第四，針對兩種不同的陣列幅相誤差模型，提出了兩種校正原理類似的快速幅相誤差有源校正算法。它們都不需進(jìn)行矩陣的特征值分解，計算量非常小，同時，它們的校正精度與相位誤差的大小無關(guān)，且能分別被使用到兩種不同的陣列幅相誤差模型中，通用性好。
　　第五，針對傳統(tǒng)水聲陣列探測系統(tǒng)同步采樣精度不

5、高的問題，根據(jù)不同類型信號傳輸接口模塊的特點，提出了兩種陣列探測系統(tǒng)高同步精度采樣方法；主要包括誤差產(chǎn)生機(jī)理的分析，同步采樣模型的建立，傳輸延時的估計、測量與補償方法的提出，克服相位抖動方法的提出、殘余同步采樣誤差的分析等；最后，通過實驗驗證了所提出算法的優(yōu)越性。
　　第六，對本項目組已研制出的兩套水聲陣列探測系統(tǒng)的主要模塊及成纜過程進(jìn)行了簡單介紹；并基于其中一套系統(tǒng)，通過湖試實驗，對本論文中所提出的陣列幅相誤差校正算法和單信號源