水下近場(chǎng)噪聲源高分辨定位方法研究.pdf

1、艦艇自噪聲會(huì)破壞自身的隱蔽性，為敵方的聲吶提供檢測(cè)及定位信息，還會(huì)對(duì)自身水聲設(shè)備產(chǎn)生干擾。為提高艦艇的海上作戰(zhàn)能力，必須有效的采取減振降噪措施。艦艇的體積較大，其輻射噪聲源分布在不同部位，因此開(kāi)展水下噪聲源定位技術(shù)的研究，得到噪聲源在艦艇上的空間分布，即可有針對(duì)性的進(jìn)行噪聲源的減振降噪工作。相比于遠(yuǎn)場(chǎng)源定位，近場(chǎng)定位可以更為精確的獲得噪聲源位置。然而，傳統(tǒng)近場(chǎng)源定位算法的分辨力較低，容易產(chǎn)生空間上的混疊，對(duì)定位精度產(chǎn)生很大影響。本文基于

2、線列陣，研究了水下近場(chǎng)噪聲源高分辨定位方法。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1.針對(duì)噪聲源中線譜信號(hào)的定位問(wèn)題，提出了一種基于稀疏信號(hào)重構(gòu)的近場(chǎng)源定位算法。通過(guò)約束稀疏信號(hào)的L1-范數(shù)構(gòu)造優(yōu)化問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信源的定位。該算法可以通過(guò)估計(jì)噪聲功率來(lái)自動(dòng)選擇折中參數(shù)，無(wú)需噪聲的先驗(yàn)知識(shí)，滿足了稀疏性與保真性的平衡。對(duì)于近場(chǎng)源定位，信源與各個(gè)陣元的時(shí)延差是方位角和距離的函數(shù)。如果對(duì)二維空間稀疏劃分，計(jì)算量龐大，甚至不可接受。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文利用對(duì)

3、稱(chēng)陣元數(shù)據(jù)的組合構(gòu)造了類(lèi)遠(yuǎn)場(chǎng)協(xié)方差矩陣，該矩陣僅包含近場(chǎng)源方位角參數(shù)，進(jìn)而將二維定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化為兩次一維參數(shù)估計(jì)問(wèn)題，顯著降低了近場(chǎng)源定位的計(jì)算量。仿真結(jié)果和水池試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。
　　2.相比于遠(yuǎn)場(chǎng)源定位，很多近場(chǎng)源定位算法將二維搜索轉(zhuǎn)化為多個(gè)一維搜索，用以降低計(jì)算量。然而，這類(lèi)算法為避免產(chǎn)生空間模糊現(xiàn)象，需要滿足兩個(gè)條件，即陣元間距需要設(shè)置為四分之一波長(zhǎng)和估計(jì)的信源數(shù)不能大于陣元數(shù)的一半，在陣元數(shù)目不變的情況下，就存在

4、很大的孔徑損失問(wèn)題。而陣列孔徑是影響陣列分辨力和定位精度的重要因素。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出了互素對(duì)稱(chēng)陣模型，有效的增加了陣元間距，使其不必受限于四分之一波長(zhǎng)，擴(kuò)大了陣列孔徑。在互素對(duì)稱(chēng)陣模型下，通過(guò)重構(gòu)一個(gè)特殊的高階累積量矩陣，使其僅與信源方位角有關(guān)，然后采用MUSIC算法進(jìn)行方位角估計(jì)，進(jìn)而在每個(gè)估計(jì)方位上定位目標(biāo)，無(wú)需額外的參數(shù)配對(duì)方法。此外，該方法在方位角和距離兩個(gè)維度上都不會(huì)產(chǎn)生空間模糊現(xiàn)象。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法有效的提高

5、了空間分辨力和定位精度。
　　3.針對(duì)噪聲源中的寬帶連續(xù)譜信號(hào)的定位問(wèn)題，研究了近場(chǎng)寬帶源的定位方法，并提出了一種基于子空間正交原理的定位算法。該算法利用各個(gè)頻帶分量的信號(hào)子空間和參考頻帶分量的噪聲子空間之間的正交性估計(jì)噪聲源位置，并引入信號(hào)參考頻率的陣列流形矢量的正交投影，用以減小噪聲子空間估計(jì)誤差對(duì)定位的影響，提高了空間分辨能力，并在低信噪比條件下有著較好的定位精度。該算法是投影子空間正交性測(cè)試算法在近場(chǎng)條件下的擴(kuò)展，并充分利