基于矢量陣的水下噪聲源近場高分辨定位識別方法研究.pdf

1、聲隱身性是潛艇最基本的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一。開展噪聲源定位識別研究，確定主要噪聲源的空間分布，查明各類噪聲源對潛艇輻射噪聲的貢獻(xiàn)，可用以指導(dǎo)潛艇減振降噪措施的正確實(shí)施。隨著減振降噪技術(shù)的發(fā)展，潛艇輻射噪聲水平不斷降低，以往遠(yuǎn)場測量條件下對于噪聲源貢獻(xiàn)的評價及分析手段已無法有效獲取源的信息。隨著測量距離的減小、分析頻段的降低以及基陣尺度的增加，噪聲源有可能位于基陣的近場區(qū)域。因此，研究近場測試條件下的噪聲源定位識別方法具有重要意義。
　　

2、 本文以近場基陣?yán)碚摓榛A(chǔ)，分析矢量陣在近場應(yīng)用條件下應(yīng)考慮的因素。進(jìn)而對矢量陣常規(guī)聚焦波束形成的原理進(jìn)行分析，并推導(dǎo)聚焦空間分辨率的計算公式，分析影響聚焦空間分辨率的重要因素。
　　 本文針對常規(guī)聚焦波束形成分辨率低的缺點(diǎn)，重點(diǎn)研究了矢量陣MVDR高分辨聚焦波束形成方法。理論及仿真分析證明，該方法具有更高的定位精度，更強(qiáng)的抗干擾能力，更好的穩(wěn)健性，更高的空間分辨率，更好的抗空間混疊性能以及更強(qiáng)的舷側(cè)模糊壓制能力，而以上優(yōu)秀性能

3、的獲得一方面來自MVDR算法本身的高分辨性能及干擾抑制能力，另一方面來自于矢量陣處理獲得的處理增益。因此可以這樣認(rèn)為，矢量陣MVDR高分辨聚焦波束形成方法是空間譜算法和矢量陣處理的成功結(jié)合，可有效提高噪聲源定位識別性能。本文提出了一種近場內(nèi)插陣列變換解相干方法，以解決MVDR高分辨聚焦算法不適用于相干源的問題，該方法無須進(jìn)行多維搜索，具有實(shí)施簡便，高效的優(yōu)點(diǎn)，并能反映相干聲源貢獻(xiàn)的相對大小。
　　 本文針對輻射噪聲源中的寬帶連續(xù)

4、譜成份，重點(diǎn)研究了矢量陣寬帶高分辨聚焦波束形成算法，包括適用于非相干寬帶信號的基于子頻帶分解的矢量陣寬帶MVDR聚焦波束形成算法，以及適用于相干寬帶信號的CSS-MVDR聚焦波束形成算法和STMV聚焦波束形成算法。文中對以上算法的空間譜特性、定位性能、聚焦峰尺度及相干雙聲源分辨能力進(jìn)行了對比分析。
　　 本文研究一種基于組合陣列的近場源參數(shù)估計方法，為聚焦算法的正確實(shí)施提供可靠的先驗信息。該算法采用均勻垂直聲壓陣中心配置單只三維

5、矢量水聽器的基陣形式，即可完成對近場源方位角、俯仰角和距離的三維參數(shù)估計。該方法僅利用聲源的二階統(tǒng)計量信息，將三維參數(shù)估計問題轉(zhuǎn)化為多個一維搜索問題，從而減小了計算量，且算法無需額外的參數(shù)配對算法。文中對算法在不同信噪比、不同快拍數(shù)及不同導(dǎo)向矢量擾動量下的參數(shù)估計性能進(jìn)行分析。本文研究了近場單矢量水聽器指向性銳化方法，并對信噪比以及各種誤差對該算法估計性能的影響進(jìn)行了分析。
　　 本文確定了一種更為高效的運(yùn)動聲源高分辨定位識別方

6、案。該方法由兩個部分組成：a.采用近場源參數(shù)估計算法，或靜止聲源聚焦算法對等時間間隔分段數(shù)據(jù)進(jìn)行聲源運(yùn)動參數(shù)估計，修正虛擬陣列在運(yùn)動方向上的坐標(biāo)，為虛擬聚焦方向矢量的獲取提供先驗知識；b.生成虛擬陣列信號，根據(jù)虛擬陣列參數(shù)構(gòu)造聚焦方向矢量，并在聲源平面不同掃描位置逐點(diǎn)掃描，繪制高分辨空間譜圖。新方法可對非勻速運(yùn)動聲源進(jìn)行定位識別。本文對該方法的空間譜特性進(jìn)行了仿真分析。
　　 本文開展了消聲水池試驗及松花湖試驗研究。為基于矢量陣