基于矢量陣的水下噪聲源近場(chǎng)高分辨定位識(shí)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(kāi)展噪聲源定位識(shí)別研究，確定主要噪聲源的空間分布，查明各類(lèi)噪聲源對(duì)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(chǎng)測(cè)量條件下對(duì)于噪聲源貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)及分析手段已無(wú)法有效獲取源的信息。隨著測(cè)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(chǎng)區(qū)域。因此，研究近場(chǎng)測(cè)試條件下的噪聲源定位識(shí)別方法具有重要意義。
　　

2、 本文以近場(chǎng)基陣?yán)碚摓榛A(chǔ)，分析矢量陣在近場(chǎng)應(yīng)用條件下應(yīng)考慮的因素。進(jìn)而對(duì)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(jì)算公式，分析影響聚焦空間分辨率的重要因素。
　　 本文針對(duì)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(lái)自MVDR算法本身的高分辨性能及干擾抑制能力，另一方面來(lái)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(shí)別性能。本文提出了一種近場(chǎng)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(wèn)題，該方法無(wú)須進(jìn)行多維搜索，具有實(shí)施簡(jiǎn)便，高效的優(yōu)點(diǎn)，并能反映相干聲源貢獻(xiàn)的相對(duì)大小。
　　 本文針對(duì)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(hào)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(hào)的CSS-MVDR聚焦波束形成算法和STMV聚焦波束形成算法。文中對(duì)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(duì)比分析。
　　 本文研究一種基于組合陣列的近場(chǎng)源參數(shù)估計(jì)方法，為聚焦算法的正確實(shí)施提供可靠的先驗(yàn)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(tīng)器的基陣形式，即可完成對(duì)近場(chǎng)源方位角、俯仰角和距離的三維參數(shù)估計(jì)。該方法僅利用聲源的二階統(tǒng)計(jì)量信息，將三維參數(shù)估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)一維搜索問(wèn)題，從而減小了計(jì)算量，且算法無(wú)需額外的參數(shù)配對(duì)算法。文中對(duì)算法在不同信噪比、不同快拍數(shù)及不同導(dǎo)向矢量擾動(dòng)量下的參數(shù)估計(jì)性能進(jìn)行分析。本文研究了近場(chǎng)單矢量水聽(tīng)器指向性銳化方法，并對(duì)信噪比以及各種誤差對(duì)該算法估計(jì)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(dòng)聲源高分辨定位識(shí)別方

6、案。該方法由兩個(gè)部分組成：a.采用近場(chǎng)源參數(shù)估計(jì)算法，或靜止聲源聚焦算法對(duì)等時(shí)間間隔分段數(shù)據(jù)進(jìn)行聲源運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)，修正虛擬陣列在運(yùn)動(dòng)方向上的坐標(biāo)，為虛擬聚焦方向矢量的獲取提供先驗(yàn)知識(shí)；b.生成虛擬陣列信號(hào)，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(duì)非勻速運(yùn)動(dòng)聲源進(jìn)行定位識(shí)別。本文對(duì)該方法的空間譜特性進(jìn)行了仿真分析。
　　 本文開(kāi)展了消聲水池試驗(yàn)及松花湖試驗(yàn)研究。為基于矢量陣