基于参量阵声呐的自适应波束合成算法研究

摘要

波束合成是参量阵声呐核心的部分。围绕着波束合成，提出自适应波束合成算法，提高参量阵声呐的探测与识别性能。海洋资源非常的丰富，水下探测技术的成熟，使得海洋的探索与开发并没有受到重视。随着电子技术的不断发展，参量阵技术日趋成熟。应用参量阵技术的声呐，能更好的完成水下目标探测与识别。基于参量阵声呐的自适应波束合成算法，对回波信号的接收处理更加准确。
　　首先对参量阵声呐的浅海声学环境进行建模分析，剖析在水声信道中，有用信号是如何传递的。建立浅水典型声场模型，探究声场环境中最主要的干扰，混响和噪声。与此同时，通过环境建模，全面剖析了参量阵声呐信号传播的水声信道。
　　然后根据波束合成的基本原理出发，探究了固定权系数时的常规波束合成与自适应波束合成的区别与联系。对各种阵列进行MATLAB仿真分析，探讨不同阵列之间的优势与劣势。仿真结论为特定环境的特定阵列的设计，提供理论依据。用FPGA进行信号处理，控制阵列的波束合成，实验验证了仿真结论。
　　再由经典的自适应波束合成算法出发，深入探究各种算法的优劣性。重点研究了最小均方误差(LMS)算法、RLS算法以及直接矩阵求逆(DMI)算法。通过使用MATLAB计算机仿真分析，剖析这些算法的收敛性、稳定性。
　　最后基于参量阵声呐特殊的水声环境，先根据最佳基阵处理器的特点，设计出自适应波束合成器。实际工程中，采用自适应波束合成器得到需求的波束，它虽然不能一步到位，但它最终是收敛于最佳处理器的，并实时根据环境变化的。参量阵声呐的接收信号是低频微弱信号，基于经典自适应算法，改进的算法能更好的接收处理此类信号。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 研究目标

1.4 本文主要工作

第二章 浅水典型声学环境建模与仿真

2.1 浅水声学环境分析

2.2 浅水典型声场建模

2.3 浅水环境建模

2.4 本章小结

第三章 自适应波束合成阵列设计与验证

3.1 波束合成原理及方法

3.2 波束控制方法

3.3 自适应波束合成阵列设计

3.4 本章小结

第四章 自适应波束合成算法研究

4.1 波束合成算法准则与算法结构

4.2 传统自适应波束合成算法

4.3 自适应算法计算机仿真与分析

4.4 本章小结

第五章 基于参量阵声呐的算法改进与验证

5.1 基于参量阵声呐的特殊环境

5.2 自适应波束合成器设计

5.3 计算机仿真结果及讨论

5.4 自适应波束合成改进算法

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献