基于MEMS矢量水聽(tīng)器陣列的測(cè)向技術(shù)研究.pdf

1、空間信號(hào)源的波達(dá)方位角估計(jì)已經(jīng)成為水聲領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。矢量水聽(tīng)器與傳統(tǒng)的聲壓水聽(tīng)器相比,有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),它可以同時(shí)獲得聲場(chǎng)中的聲壓信息和振速信息,為水下聲信號(hào)的檢測(cè)和估計(jì)提供了更為豐富的聲場(chǎng)信息。由中北大學(xué)自主研制的MEMS矢量水聽(tīng)器具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、且一次性集成等優(yōu)點(diǎn),隨著生產(chǎn)工藝的日益成熟和性能的不斷改善,該MEMS矢量水聽(tīng)器將被廣泛的應(yīng)用于水聲領(lǐng)域。因此,采用該MEMS矢量水聽(tīng)器組陣對(duì)目標(biāo)測(cè)向的研究是具有重

2、要意義的。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先,介紹了MEMS矢量水聽(tīng)器的仿生工作原理、理論分析了水聽(tīng)器的指向性,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了矢量水聽(tīng)器具有良好的靈敏度和偶極子指向性,并對(duì)水聽(tīng)器的測(cè)向原理做了簡(jiǎn)單的介紹,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次,闡述了陣列信號(hào)處理的原理、傳感器陣列的輸出模型和常用的陣列形式。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真,分析MUSIC算法和ESPRIT算法對(duì)目標(biāo)波達(dá)方位角估計(jì)的性能并進(jìn)行對(duì)比。表明MUSIC算法的性能比ESP

3、RIT算法更加優(yōu)越,但ESPRIT算法無(wú)需譜峰搜索,計(jì)算量減小了許多。
　　再次,對(duì)水聽(tīng)器陣列的誤差進(jìn)行了建模,理論分析了陣列誤差對(duì)MUSIC算法的影響。針對(duì)陣列誤差的影響,重點(diǎn)仿真分析幅度誤差和相位誤差對(duì)MUSIC算法進(jìn)行波達(dá)方位角估計(jì)的影響。為減少幅相誤差的影響,研究了單輔助源和輔助陣源兩種校正算法,通過(guò)這兩種方法實(shí)現(xiàn)了幅相誤差的校正。
　　最后,利用MEMS矢量水聽(tīng)器組成十字陣,實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤。對(duì)部分測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)