矢量舷侧阵平台干扰抑制与目标方位估计

摘要

矢量舷侧阵是安装在水下航行器壳体两侧具有固定位置的矢量传感器声纳基阵，由于该基阵直接安装在航行器壳体上，因此平台本身的近场干扰很强，主要包括螺旋桨辐射噪声、流噪声和振动噪声等，其中最严重的平台干扰是振动噪声。对于矢量舷侧阵而言，远场目标的方位是不可提前获知的，而且远距离传播到达基阵后能量很小;而舷侧阵振动噪声的特性与方位都可获知，且因其处于近场，能量相对远场目标来说比较强，因此舷侧阵的目标方位估计受到很大的干扰。
　　由于振动干扰传播信道和产生机理复杂，使得现有的抑制或抵消振动噪声的方法处理能力有限。空域矩阵滤波技术是一种对阵列信号进行预处理的技术，利用一个空域矩阵与阵列接收数据相乘，便可实现抑制阻带区域干扰的同时保留通带区域的目标信号。
　　本文基于空域矩阵滤波技术研究了矢量舷侧阵近场平台振动干扰的抑制及方位估计技术。首先对空域矩阵滤波器的设计进行了研究，并分析了其在不同参数设定下的性能。其次利用设计的矩阵滤波器对矢量舷侧阵接收到的数据进行预处理，滤除近场平台振动干扰并保留目标方位的信号，由于空域矩阵滤波器滤波后的数据仍为阵元域，所以此类滤波器可以用在很多方位估计算法前。本文分别以MVDR算法和MUSIC算法为代表，对基于空域矩阵滤波器的矢量阵方位估计算法进行介绍和仿真。
　　经典的矢量舷侧阵方位估计算法主要包括波束扫描类算法和子空间类算法，这两类算法需要预知目标信号的数量且要求信号之间独立。为了突破目标信号自身条件的限制，本文研究了稀疏信号方位估计算法，此类算法不需要目标信号独立，也无需预知其个数，对于分布相近的多个目标，具有较经典算法更高的定位精度和更低的旁瓣水平。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文的背景及意义

1．2空域滤波器国内外研究现状

1．3 目标方位估计国内外研究现状

1．4论文研究内容

第2章舷侧阵信号处理基础

2．1 阵列信号处理模型

2．2舷侧阵平台噪声模型

2．3声压舷侧阵信号处理模型

2．3．1 声压舷侧阵信号输出模型

2．3．2声压舷侧阵平台干扰模型

2．4矢量舷侧阵信号处理模型

2．4．1 矢量水听器介绍

2．4．2矢量舷侧阵信号输出模型

2．5本章小结

第3章空域矩阵滤波器设计方法研究

3．1 窄带矩阵滤波器设计

3．1．1 窄带空域矩阵滤波器设计原理

3．1．2窄带空域矩阵滤波器在矢量阵中的应用

3．2宽带矩阵滤波器设计

3．2．1 宽带空域矩阵滤波器设计原理

3．2．2宽带空域矩阵滤波器在矢量阵中的应用

3．3空域矩阵滤波器仿真分析

3．3．1窄带空域矩阵滤波器仿真

3．3．2宽带空域矩阵滤波器仿真

3．4本章小结

第4章基于空域矩阵滤波的矢量舷侧阵方位估计算法

4．1 矢量舷侧阵MVDR算法

4．1．1矢量舷侧阵MVDR算法原理

4．1．2 矢量舷侧阵MVDR算法仿真

4．2矢量舷侧阵MUSIC算法

4．2．1矢量舷侧阵MUSIC算法原理

4．2．2矢量舷侧阵MUSIC算法仿真

4．3 基于空域矩阵滤波的矢量舷侧阵MVDR算法

4．3．1基于空域矩阵滤波的MVDR算法原理

4．3．2基于空域矩阵滤波的MVDR算法仿真

4．4基于空域矩阵滤波的矢量舷侧阵MUSIC算法

4．4．1 基于空域矩阵滤波的MUSIC算法原理

4．4．2基于空域矩阵滤波的MUSIC算法仿真

4．4本章小结

第5章基于稀疏信号的矢量舷侧阵方位估计算法

5．1基于稀疏信号的矢量舷侧阵DOA估计模型

5．2稀疏信号的重构算法

5．2．1 l1-SVD重构算法

5．2．2噪声项约束值的选择

5．3基于稀疏信号的矢量舷侧阵DOA仿真分析

5．3．1独立信号DOA估计分析

5．3．2相干信号DOA估计分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录