海洋聲源信息獲取與傳輸技術(shù)研究.pdf

1、本文的海洋聲源信息包括運動聲源(如艦船、潛艇、無人航行器等)信息和海洋環(huán)境噪聲信息。這些信息是研究各種水中探測與通信技術(shù)乃至研究海洋氣候與海洋生態(tài)環(huán)境的重要理論依據(jù)和實驗驗證的依據(jù)。 本文研究關(guān)于在小尺度平臺上進行海洋聲源信息的獲取與傳輸?shù)募夹g(shù)。小尺度平臺，包括錨系平臺和運動平臺，由于適合大時空跨度的數(shù)據(jù)測量，近年來引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。在小尺度平臺上獲取并傳輸聲源信息，其難點是在復(fù)雜的海洋環(huán)境噪聲背景中對運動聲源的低頻信號檢

2、測、方位估計以及高速水聲數(shù)據(jù)傳輸。這三個難點也是本文研究的海洋聲源信息獲取與傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。 本文研究內(nèi)容主要包括艦船噪聲與海洋環(huán)境噪聲特性，強噪聲背景下微弱信號的預(yù)警檢測，聲強向量檢測，基于聲強向量陣的目標定向定位與尺度估計，海洋聲信道特性與信道多徑時延估計，通信信道的稀疏均衡與分數(shù)間隔均衡，信道的盲均衡等。本文研究涉及的理論基礎(chǔ)包括信號檢測與參數(shù)估計、聲強向量理論、自適應(yīng)信號處理、陣列及通信信號處理等。 本文主要研究

3、工作的新進展與創(chuàng)新點包括： 1．提出了一種任意空間分布任意陣形噪聲場的數(shù)值模擬方法，用于本文基陣設(shè)計及檢測定位方法的計算機仿真，也可用于一般陣列和聲場的仿真計算。 2．根據(jù)奈曼－皮爾遜準則分析了能量(幅度)統(tǒng)計平均檢測、過零檢測和功率譜檢測等三種預(yù)警檢測技術(shù)的統(tǒng)計性能，給出了實測船噪聲的仿真結(jié)果。 3．提出了基于聲強向量陣的檢測和方位估計方法，以克服常規(guī)陣列處理方法對低頻聲源的檢測定位需要的陣列尺度太大的困難。分

4、析得出了該檢測方法的處理增益，推導(dǎo)了聲強向量的概率密度函數(shù)，得到了聲強向量陣檢測方法的統(tǒng)計性能，并與基于聲壓的檢測方法作了比較。理論分析與半消聲室實驗均驗證了聲強向量檢測方法相對于聲壓處理的優(yōu)越性能?；诼晱娤蛄筷嚨目臻g指向性，研究了寬帶相干干擾背景下線譜和寬帶連續(xù)譜的檢測方法，給出了理論分析和實現(xiàn)方案。分析了方向相反的相干干擾互相抵消的原理，并在實驗數(shù)據(jù)處理中觀察到了這一現(xiàn)象。 4．研究了三軸四元非典型聲強向量陣對低頻聲源全空

5、間定向的方法，以克服三軸六元典型聲強向量陣在小尺度平臺上難以布設(shè)的困難。系統(tǒng)地分析了其定向誤差，包括有限差分誤差、通道失配誤差和環(huán)境噪聲引起的隨機誤差。理論分析和計算機仿真均表明，非典型陣可在0.2m的小尺度平臺上實現(xiàn)對低頻聲源的定向，其定向精度在本文仿真及實驗室條件下可達到l。。 5．提出了聲強向量法和時延估計法的基陣共用技術(shù)，用于對體積目標三部位定向定位與尺度估計。理論分析、計算機仿真及實驗結(jié)果均表明，共用同一小尺度基陣可同

6、時實現(xiàn)對艦船中部、中后部和尾部的定向和區(qū)分，用于估計目標尺度。 6．結(jié)合MODE與帶懲罰函數(shù)的NLS方法，研究了水聲信道高分辨多徑時延估計問題。采用混合算法處理了實測海試數(shù)據(jù)，基于處理結(jié)果重建的接收信號波形與實驗接收波形吻合較好，從而驗證了混合算法的有效性。 7．提出了基于自適應(yīng)延遲濾波器的DSPCC算法，通過極性相關(guān)序貫估計多徑時延，對于確定時延通過自適應(yīng)濾波估計多徑幅度。仿真結(jié)果表明，DSPCC算法也具有對多徑時延的

7、高分辨能力，且運算量小。最后用該算法處理了海試數(shù)據(jù)，結(jié)果表明它比傳統(tǒng)方法有更好的分辨性能。 8．提出了一種改進的DFE均衡器，用于解決長時延擴展稀疏信道的均衡問題。根據(jù)信道沖激響應(yīng)的前達分量強度，預(yù)測反饋濾波器重要抽頭的位置，只對這一小部分抽頭系數(shù)進行迭代運算，因而運算量顯著減小，收斂速度加快并因而改善了跟蹤信道時變的能力，但均方誤差性能幾乎沒有損失。 9．提出了一種T/2分數(shù)間隔稀疏CFE結(jié)構(gòu)，以避免接收機對于符號定時

8、誤差的敏感性，并有效利用長時延擴展多徑信道的稀疏性來降低均衡器的復(fù)雜度。理論分析與基于實測信道的計算機仿真表明， J2/2-SCFE均衡器對符號定時誤差保持了穩(wěn)健性，性能優(yōu)于符號間隔CFE及分數(shù)間隔DFE。 10．提出了一種新的基于常數(shù)模準則的盲均衡方法ACMA，及ACMA與DFE盲判決反饋的聯(lián)合均衡方法。采用概率統(tǒng)計和誤差性能表面方法分析了其收斂性能，分析結(jié)果表明ACMA方法優(yōu)于通常的CMA2-2方法。對特征值彌散達192的三