基于矢量陣的水下噪聲源近場高分辨定位識別方法研究.pdf

1、聲隱身性是潛艇最基本的戰(zhàn)術(shù)指標之一。開展噪聲源定位識別研究，確定主要噪聲源的空間分布，查明各類噪聲源對潛艇輻射噪聲的貢獻，可用以指導潛艇減振降噪措施的正確實施。隨著減振降噪技術(shù)的發(fā)展，潛艇輻射噪聲水平不斷降低，以往遠場測量條件下對于噪聲源貢獻的評價及分析手段已無法有效獲取源的信息。隨著測量距離的減小、分析頻段的降低以及基陣尺度的增加，噪聲源有可能位于基陣的近場區(qū)域。因此，研究近場測試條件下的噪聲源定位識別方法具有重要意義。
　　

2、 本文以近場基陣理論為基礎(chǔ)，分析矢量陣在近場應(yīng)用條件下應(yīng)考慮的因素。進而對矢量陣常規(guī)聚焦波束形成的原理進行分析，并推導聚焦空間分辨率的計算公式，分析影響聚焦空間分辨率的重要因素。
　　 本文針對常規(guī)聚焦波束形成分辨率低的缺點，重點研究了矢量陣MVDR高分辨聚焦波束形成方法。理論及仿真分析證明，該方法具有更高的定位精度，更強的抗干擾能力，更好的穩(wěn)健性，更高的空間分辨率，更好的抗空間混疊性能以及更強的舷側(cè)模糊壓制能力，而以上優(yōu)秀性能

3、的獲得一方面來自MVDR算法本身的高分辨性能及干擾抑制能力，另一方面來自于矢量陣處理獲得的處理增益。因此可以這樣認為，矢量陣MVDR高分辨聚焦波束形成方法是空間譜算法和矢量陣處理的成功結(jié)合，可有效提高噪聲源定位識別性能。本文提出了一種近場內(nèi)插陣列變換解相干方法，以解決MVDR高分辨聚焦算法不適用于相干源的問題，該方法無須進行多維搜索，具有實施簡便，高效的優(yōu)點，并能反映相干聲源貢獻的相對大小。
　　 本文針對輻射噪聲源中的寬帶連續(xù)

4、譜成份，重點研究了矢量陣寬帶高分辨聚焦波束形成算法，包括適用于非相干寬帶信號的基于子頻帶分解的矢量陣寬帶MVDR聚焦波束形成算法，以及適用于相干寬帶信號的CSS-MVDR聚焦波束形成算法和STMV聚焦波束形成算法。文中對以上算法的空間譜特性、定位性能、聚焦峰尺度及相干雙聲源分辨能力進行了對比分析。
　　 本文研究一種基于組合陣列的近場源參數(shù)估計方法，為聚焦算法的正確實施提供可靠的先驗信息。該算法采用均勻垂直聲壓陣中心配置單只三維

5、矢量水聽器的基陣形式，即可完成對近場源方位角、俯仰角和距離的三維參數(shù)估計。該方法僅利用聲源的二階統(tǒng)計量信息，將三維參數(shù)估計問題轉(zhuǎn)化為多個一維搜索問題，從而減小了計算量，且算法無需額外的參數(shù)配對算法。文中對算法在不同信噪比、不同快拍數(shù)及不同導向矢量擾動量下的參數(shù)估計性能進行分析。本文研究了近場單矢量水聽器指向性銳化方法，并對信噪比以及各種誤差對該算法估計性能的影響進行了分析。
　　 本文確定了一種更為高效的運動聲源高分辨定位識別方

6、案。該方法由兩個部分組成：a.采用近場源參數(shù)估計算法，或靜止聲源聚焦算法對等時間間隔分段數(shù)據(jù)進行聲源運動參數(shù)估計，修正虛擬陣列在運動方向上的坐標，為虛擬聚焦方向矢量的獲取提供先驗知識；b.生成虛擬陣列信號，根據(jù)虛擬陣列參數(shù)構(gòu)造聚焦方向矢量，并在聲源平面不同掃描位置逐點掃描，繪制高分辨空間譜圖。新方法可對非勻速運動聲源進行定位識別。本文對該方法的空間譜特性進行了仿真分析。
　　 本文開展了消聲水池試驗及松花湖試驗研究。為基于矢量陣