聲吶波束形成魯棒性及算法研究.pdf

1、為了提高聲吶基陣系統(tǒng)在復雜多變水聲環(huán)境中和強干擾背景下對目標信號的檢測和參數(shù)估計性能，本文根據(jù)波束形成技術的最新發(fā)展趨勢，結(jié)合實際的應用環(huán)境，分別針對波束形成器在抗基陣模型誤差的魯棒性和抗運動強干擾的魯棒性兩方面，進行了深入系統(tǒng)的理論和實驗研究，本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　 1.針對標準Capon波束形成算法對基陣模型誤差敏感的缺點，提出了一種基于雙因子對角加載的自適應波束形成算法。該算法融合了線性回歸模型中的嶺估計思想和協(xié)方

2、差矩陣修正法中的廣義線性組合估計思想，不需要用戶指定參數(shù)，能夠根據(jù)陣列接收數(shù)據(jù)自動確定對角加載因子，因此可以避免因參數(shù)設置不當而導致算法性能的下降。數(shù)值仿真實驗結(jié)果驗證了新算法的有效性和抗基陣模型誤差的魯棒性。
　　 2.針對現(xiàn)有的一些矢量陣自適應波束形成魯棒性提升算法只是將標量陣中的算法做了簡單移植、以至性能難以達到最優(yōu)的缺點，提出了一種基于雙重范數(shù)約束的矢量陣波束形成算法。矢量水聽器中的聲壓傳感器和振速傳感器在信息拾取方面有

3、著完全不同的物理機理，具有不同的響應模式和噪聲特性，對基陣模型誤差的敏感程度亦不一致。因此新算法充分考慮了矢量水聽器的特點，區(qū)別對待聲壓分量和振速分量，分別給予不同的范數(shù)約束值，以便做到按需分配魯棒性大小。數(shù)值仿真實驗結(jié)果表明，該算法在抗基陣模型誤差中的通道幅相誤差、陣元位置誤差、陣元姿態(tài)誤差、波束指向誤差以及協(xié)方差矩陣誤差等方面都表現(xiàn)出較強的魯棒性。
　　 3.針對常規(guī)寬帶自適應波束形成算法只能在干擾方向上形成窄零陷，對運動強

4、干擾抑制能力有限的缺點，提出了三種具有拓展零陷的寬帶波束形成算法，即基于Mailloux思想的寬帶波束形成算法、基于Zatman思想的寬帶波束形成算法以及基于Chebyshev準則的寬帶波束形成算法。前兩種算法能夠自適應地在干擾方向左右附近生成拓展零陷，后一種算法則需要預先已知干擾的大致方位，才能在該方位左右附近設計拓展零陷，不過利用后一種方法設計出的波束圖具有恒定的主瓣寬度，可以避免寬帶信號通過波束形成系統(tǒng)后波形出現(xiàn)失真。數(shù)值仿真實驗

5、結(jié)果驗證了三種新算法的有效性和抗運動強干擾的魯棒性。
　　 4.針對利用聚焦波束形成測量聲圖時運動強干擾源的存在會影響弱目標源檢測和定位的問題，提出了一種基于矩陣預濾波的聚焦波束形成算法。該算法利用了遠場平面波中帶阻矩陣濾波器的設計思想，可在掃面范圍內(nèi)設置多個阻帶區(qū)，能夠抑制這些區(qū)域內(nèi)的運動強干擾。數(shù)值仿真實驗對比分析了常規(guī)聚焦波束形成算法、MVDR聚焦波束形成算法、零點約束權聚焦波束形成算法和新算法之間的性能，結(jié)果顯示新算法在