矢量纯方位目标运动分析及时反被动定位技术研究

摘要

作为海洋目标探测不可或缺的技术之一，水声定位一直都是海洋科研的重点。水声被动定位是指根据目标辐射声信号对目标进行定位跟踪，具有隐蔽性高、不易暴露的优点，是各个国家技术人员研究的重点。在保证系统探测性能的前提下，如何减小基阵尺寸提高系统的机动性，一直是水声科研人员的研究目标，矢量水听器相较声压水听器能够得到更加全面声场信息的优势，引起各国水声科研人员的重视，矢量信号处理技术得到空前的关注及发展，为矢量被动定位技术的发展奠定基础。
　　本论文主要研究了矢量水听器被动定位技术中纯方位目标运动分析和时反被动定位两种问题，实现矢量水听器及其垂直阵对目标的被动定位。论文主要完成了以下工作：
　　1.对单矢量水听器测向方法进行了研究。首先，分析了矢量水听器振速声压联合信息处理的理论基础，研究了平均声强器和复声强器，分析两种测向方法适用条件。然后，分析了复声强器频点方位统计方法，研究了直方图统计和加权直方图统计。研究了基于舰船辐射噪声DEMON谱方位估计算法，对舰船辐射噪声进行建模仿真。分别对各种测向方法进行了计算机仿真，并处理了湖试数据，分析了测向算法性能。对单矢量水听器信源数目估计方法进行了研究和仿真，分析了不同估计准则下信源数目估计性能。
　　2.对单站纯方位目标运动分析进行了研究。首先，介绍了纯方位目标运动分析问题。然后，对静止单站和运动单站两种问题分别进行了系统建模、系统可观测性分析、估计算法建立以及计算机仿真。对于静止单站问题，研究了拟线性算法(PLE)对目标参数的估计；对运动单站问题，研究了卡尔曼滤波对目标运动参数的估计；对各种估计算法收敛时间、跟踪概率等参数进行性能分析。
　　3.对矢量水听器时反被动定位技术进行了研究。首先，分析了时间反转镜处理理论基础。然后学习了BELLHOP声场建模软件，根据海洋声学参数，对声场虚拟信道进行估计。分别研究了单声压水听器、单矢量水听器、声压垂直阵、矢量垂直阵的时反处理算法，对各种时反算法进行了计算机仿真，分析了矢量水听器较声压水听器时反处理的优势，分析了矢量垂直阵时反被动定位性能与信噪比、阵元个数、阵元间距等参数之间的关系。利用单矢量水听器的偶极子指向性，实现了多目标时反被动定位。最后对湖试数据进行处理，验证算法性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2 被动定位技术概述

1.3 被动定位技术的发展和研究现状

1.4 论文主要研究内容

第2章 单矢量水听器方位估计

2.1 矢量声信号处理理论基础

2.2 平均声强器与复声强器

2.3 直方图估计与加权直方图估计

2.4 DEMON谱方位估计

2.5 单矢量水听器信源数目估计

2.6 本章小结

第3章 纯方位目标运动分析

3.1 纯方位目标运动分析问题

3.2 静止单站

3.3 运动单站

3.4 本章小结

第4章 矢量时反被动定位技术

4.1 时间反转镜基础

4.2 矢量时反被动定位实现

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢