水聲陣列探測(cè)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是水聲陣列探測(cè)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(cè)裝備急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本論文針對(duì)復(fù)雜水聲環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)水下目標(biāo)的定位理論與方法、對(duì)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(duì)水聲陣列探測(cè)系統(tǒng)這一實(shí)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?jī)?nèi)容可歸納如下：
　　第一，針對(duì)近遠(yuǎn)場(chǎng)混合源的

2、分類與定位問(wèn)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(jì)的算法，它以較低的計(jì)算量實(shí)現(xiàn)了二維混合源的分類與距離參數(shù)估計(jì)。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(jì)算量，能充分利用陣列的孔徑。最后，對(duì)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(shí)現(xiàn)了方位角、仰角、距離參數(shù)的高精度聯(lián)合估計(jì)。
　　第二，針對(duì)傳統(tǒng)等距線陣孔徑小而限制角度分辨率的問(wèn)題，利用稀疏線

3、陣構(gòu)造了一個(gè)十字型稀疏陣列，并提出了一種能實(shí)現(xiàn)陣列孔徑擴(kuò)展的三維近場(chǎng)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(duì)，計(jì)算量小，能同時(shí)定位更多的信號(hào)源，具有更好的角度分辨率和參數(shù)估計(jì)精度。
　　第三，針對(duì)單信號(hào)源定位以及陣列探測(cè)系統(tǒng)部分通道失效的問(wèn)題，首先，基于稀疏線陣，提出了一種遠(yuǎn)場(chǎng)單源一維到達(dá)角(Direction-Of-Arrival,DOA)估計(jì)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(jì)

4、精度高、計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn)。然后，基于此一維DOA估計(jì)算法，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)單源的二維DOA估計(jì)。
　　第四，針對(duì)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(jì)算量非常小，同時(shí)，它們的校正精度與相位誤差的大小無(wú)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(duì)傳統(tǒng)水聲陣列探測(cè)系統(tǒng)同步采樣精度不

5、高的問(wèn)題，根據(jù)不同類型信號(hào)傳輸接口模塊的特點(diǎn)，提出了兩種陣列探測(cè)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(shí)的估計(jì)、測(cè)量與補(bǔ)償方法的提出，克服相位抖動(dòng)方法的提出、殘余同步采樣誤差的分析等；最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出算法的優(yōu)越性。
　　第六，對(duì)本項(xiàng)目組已研制出的兩套水聲陣列探測(cè)系統(tǒng)的主要模塊及成纜過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；并基于其中一套系統(tǒng)，通過(guò)湖試實(shí)驗(yàn)，對(duì)本論文中所提出的陣列幅相誤差校正算法和單信號(hào)源