運(yùn)動目標(biāo)輻射噪聲的寬帶波束形成研究.pdf

1、在較大的帶寬上無失真地獲取目標(biāo)源的輻射噪聲，能夠給諸如信號檢測、目標(biāo)識別和定位等后續(xù)信號處理提供更為豐富的、完整的目標(biāo)信息，對提高其性能至關(guān)重要，因此具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用背景。本文結(jié)合水下軍用目標(biāo)特性國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目，針對能夠無失真獲取寬帶運(yùn)動源輻射噪聲的波束形成技術(shù)，系統(tǒng)深入地開展了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要研究內(nèi)容包括： 1．建立了存在運(yùn)動目標(biāo)時陣列輸出信號的數(shù)學(xué)模型，并從聲場的角度對此模型進(jìn)行了分析。給出了陣列接收到運(yùn)動源輻

2、射噪聲的高精度模擬方法。從理論上論證了要無失真地估計(jì)處于主瓣區(qū)域?qū)拵繕?biāo)的輻射噪聲，寬帶波束形成器必須具有恒定束寬特征。 2．給出了兩種低旁瓣時域恒定束寬波束形成器(WCBB)的設(shè)計(jì)方法，即：通過設(shè)計(jì)低旁瓣期望波束的設(shè)計(jì)方法和直接優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，并用仿真實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了它們的有效性。利用仿真實(shí)例指出了WCBB的子帶設(shè)計(jì)方法的缺陷，即，無法保證非設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)上具有和設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)上相同的性能。利用湖上實(shí)驗(yàn)說明，使用實(shí)測陣元響應(yīng)設(shè)計(jì)的WCBB能

3、夠改善波束形成器在實(shí)際環(huán)境中的性能。 3．以時域波束輸出無失真為準(zhǔn)則，提出了WCBB的時域優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。與子帶設(shè)計(jì)方法不同，此方法能夠兼顧設(shè)計(jì)頻段內(nèi)更多頻率點(diǎn)上的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)中引入二維代價因子，通過調(diào)整代價因子，可以使設(shè)計(jì)得到的WCBB在期望的頻率和方向上更滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。給出了代價因子的迭代尋優(yōu)算法和加快實(shí)現(xiàn)期望旁瓣級的方法。通過設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了所提方法的有效性。 4．提出了穩(wěn)健的恒定束寬自適應(yīng)波束形成方法。此方法通過設(shè)

4、計(jì)線性約束，一方面使自適應(yīng)波束形成對目標(biāo)運(yùn)動引起的方向矢量失配具有穩(wěn)健性，另一方面使不同頻率上的波束具有恒定束寬特征。通過奇異值分解得到約束矩陣的近似表達(dá)，以減小約束的個數(shù)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，此方法能夠穩(wěn)健地形成恒定束寬波束，與非數(shù)據(jù)依賴的方法相比具有更強(qiáng)的干擾抑制能力，從而保證了存在強(qiáng)干擾時對運(yùn)動目標(biāo)源輻射噪聲的準(zhǔn)確獲取。 5．提出了基于頻率不變波束形成(FIB)的穩(wěn)健廣義旁瓣對消器。為了穩(wěn)健地實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)信號的阻塞，給出了兩種具有

5、擴(kuò)展零陷的FIB的設(shè)計(jì)方法：直接施加線性約束的設(shè)計(jì)方法和施加虛擬干擾源的設(shè)計(jì)方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明：此方法能夠穩(wěn)健地實(shí)現(xiàn)信號阻塞，具有較強(qiáng)的干擾抑制能力，并能夠?qū)崟r地給出目標(biāo)輻射噪聲的時間波形。 6. 把語音信號處理中的嵌套陣列波束形成方法與多采樣率信號處理技術(shù)相結(jié)合，提出了嵌套陣列的多采樣率波束形成方法。在實(shí)現(xiàn)中，把子陣設(shè)計(jì)和變采樣率相結(jié)合，使不同子陣的波束形成器使用同一組濾波器系數(shù)而能得到相同的空間濾波特性，以簡化設(shè)計(jì)和降低信號