空时联合处理多普勒域处理技术研究

摘要

主动声纳空时联合处理技术研究取得了重要的进展，具有良好的多普勒检测性能和杂波抑制性能，但检测时需要对更多的多普勒通道进行扫描，计算量随着多普勒通道数的增加成几何倍数增长，限制了空时联合处理方法在声纳设备的应用。本文在主动声纳空时联合处理现有技术基础上，针对其多普勒域的检测特点开展研究工作，以更好地发挥空时联合处理技术的潜力，为进一步的实际应用奠定技术基础。主要工作如下:
　　①考察不同chirp信号组合在空时联合处理技术中的性能，仿真实验研究结果表明在给定信号带宽和脉宽多chirp信号组合数越多，多普勒检测性能越好，但其空时联合处理计算量随之快速增加，在实际应用中发射信号选择根据计算能力来确定多chirp信号组合数，最低为双chirp信号组合。
　　②多普勒效应是主动声纳目标检测的重要影响因素之一，准确的多普勒频移估计可以提高目标多普勒分辨能力和主动声纳的检测能力。本文使用时域处理方法进行多普勒频移估计，通过不同插值采样算法的仿真对比，得出线性插值方法重采样频移补偿准确性较优。
　　③时空联合处理过程中多普勒通道数增加能够提高多普勒检测性能，导致计算量几何倍数增长，限制了空时联合处理在声纳设备的应用。本文给出了一种复合多普勒通道检测方法，将多个多普勒通道复合成一个复合多普勒通道，所有多普勒通道分为多个复合多普勒通道来检测，在付出很小多普勒检测性能代价的条件下，实现多普勒域的降维处理，降低系统的计算量。研究结果表明，复合多普勒通道方法中相邻多普勒通道选取需满足近似正交条件;更进一步，为抑制复合通道引起的附加混响，本文给出了以波束宽度对应的多普勒频移为一个复合通道中相邻通道的多普勒频移间距来构建复合多普勒通道的方法。通过仿真实验验证了方法的有效性。
　　④主动声纳常规检测中发射信号频率低，带宽窄难以获得较好的模糊度函数，难以抑制海面、海底等静止散射体（而）的回波，导致主动声纳虚警率高。空时联合处理技术在相同频率和带宽条件下能够获得较好的模糊度函数和多普勒检测性能。对给定的扫描角度，通过求得已知本舰速度区间范围内的多普勒值，将多普勒值对应的空时联合处理多普勒通道进行静目标抑制处理，能够有效的对静止或者低速目标进行抑制，达到降低虚警提高运动目标分辨能力。仿真实验和海上实验数据处理结果表明静止目标抑制方法的可行性。
　　⑤通过海上实验，将本文涉及到的空时联合处理方法对实验数据进行处理和归纳分析，空时联合处理多普勒域处理技术方法具有更远的目标检测能力，较现役声纳目标探测距离4海里提高至少30％，对弱信号的检测能力大大提高，信噪比处理增益更高，验证了方法的正确性和可行性。

目录

声明

摘要

一、绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究历史和现状

1．2．1 空时联合处理发展现状

1．2．2 多普勒时域重采样

1．2．3 静止目标抑制

1．3 研究内容及结构安排

二、理论基础

2．1 常规检测

2．1．1 基本思想

2．1．2 理论推导

2．1．3 性能分析

2．2 空时联合处理建模与算法

2．2．1 空时联合处理模型

2．2．2 性能分析

三、空时联合处理多普勒域处理技术研究

3．1 波形选择

3．1．1 仿真实验

3．1．2 波形信号计算量分析

3．1．3 小结

3．2 时域重采样技术研究

3．2．1 时域重采样

3．2．2 常见插值算法原理

3．2．3 数值仿真

3．2．4 小结

3．3 复合多普勒通道检测方法

3．3．1 多普勒通道复合准则

3．3．2 复合多普勒通道构建

3．3．3 复合多普勒通道方法性能分析

3．3．4 小结

3．4 静止目标剔除

3．4．1 理论推导

3．4．2 静止目标抑制效果验证

3．5 本章小结

四、实验数据处理

4．1 海试简介

4．2 数据处理

4．3 小结

五、总结与展望

参考文献

致谢

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