浅海多途信道中声聚焦与声屏蔽技术研究

摘要

水声物理、信号处理和海洋环境的紧密结合是声纳技术发展的必然趋势。基于声场的相干性阐述了多途信道中声聚焦与声屏蔽的基本原理，前者是增强基阵对一个局部区域内噪声源的接收响应，是一空间滤波技术，而后者是与前者相对的概念，降低基阵对某个局部区域内噪声源的接收响应称为声屏蔽，两者均可以通过虚拟时间反转镜实现。 声场中的聚焦效应分为两种机理：阵的聚焦和多途信道的聚焦。理想信道中阵的时反聚焦与近场的聚焦波束形成是异曲同工的。利用声场聚焦效应提出的声图测量技术可以实现近场目标的高精度定位和测量辐射噪声源在运动平台及其附近的空间分布图(声图)，后者对发展安静型技术及降噪措施效果评估有重要意义，有望应用于舰船的故障诊断，也可以指导先进的被动式鱼雷声自导系统识别目标的要害部位。虚拟时间反转镜声图测量技术可以改善信道的多途效应对声图的污染。仿真与海试研究验证了声图测量技术的可行性与实用性。海试研究表明：在高频段，舰船在近场仍可以看作单亮点点源，双体船双桨同时工作时是双亮点的，说明高频段的亮点部位对应螺旋桨。 针对传统的阵处理技术无法分辨同一方向上两个点源并且声聚焦技术无法检测淹没于强干扰中的期望声源，提出了声屏蔽技术。通过将接收的信号与干扰在频域通过一个屏蔽、聚焦权滤波器，在对干扰屏蔽的同时实现对目标的聚焦，该技术可在选定的局部区域内抑制其中的声源产生的相干干扰，从而改善对屏蔽区外目标的探测性能。针对目标尺寸较大，且距离较近，即不能被简化成点源的情况，讨论了两种展宽屏蔽区的方法：矩阵拓展法和递推法，前者简单明了，后者可以减小计算量。 通过计算机仿真与水池实验研究分析了影响水平阵声聚焦和声屏蔽技术实现的因素，并验证了原理的正确性，方法的可行性与实用性。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1立题背景和意义

1.2有关问题的综述

1.2.1浅海声信道特性

1.2.2声聚焦及声屏蔽技术简介

1.2.3时间反转镜简介

1.2.4海洋声传播损失预报系统简介

1.3论文研究内容

第2章声聚焦原理

2.1引言

2.2球面波声场中阵的声聚焦

2.2.1聚焦波束形成

2.2.2TRM技术实现阵的声聚焦

2.3多途信道中单水听器声聚焦

2.3.1相干多途声信道

2.3.2单水听器TRM声聚焦原理

2.4工程应用

2.4.1声图测量原理

2.4.2时反镜声图测量

2.4.3仿真研究

2.4.4海试研究

2.5本章小结

第3章声屏蔽原理

3.1引言

3.2基本原理

3.3屏蔽区展宽原理

3.3.1屏蔽区展宽矩阵拓展法

3.3.2屏蔽区展宽递推法

3.4仿真研究

3.4.1目标与干扰等深

3.4.2目标与干扰不等深

3.5本章小结

第4章水池实验研究

4.1实验布局和概况

4.2相位与灵敏度补偿

4.2.1补偿方法与步骤

4.2.2自适应幅度和相位差估计器原理

4.2.3补偿结果

4.3声聚焦与声屏蔽水池实验结果

4.3.1单目标声聚焦

4.3.2双目标声聚焦

4.3.3对干扰屏蔽对目标聚焦

4.4水池实验结果分析

4.5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