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原文传递近程被动定位关键技术研究

论文题名：	近程被动定位关键技术研究
关键词：	聚焦波束形成;多普勒校正;水声信道;浅海运动目标;水听器阵列;近程被动定位
摘要：	聚焦波束形成是适用于近程噪声源的被动定位方法，但将其应用于浅海运动目标近程高精度定位还存在诸多亟待解决的问题：如阵元位置误差引起的阵列流形失配，多普勒效应降低了阵元间信号的相关性，浅海相干多途干扰的影响严重等。本论文采用以多子阵构成的组合阵为测量平台，针对上述问题，重点研究了水听器阵列位置的近场校正技术、宽带信号被动多普勒校正和运动参数估计技术、多途补偿和三维定位技术，为实现水下高速运动目标的近程高精度定位奠定基础。　　针对水听器阵列近场强多途环境下的校正需求，提出两种适用于多子阵安装位置误差的校正方法。首先综合近场点源球面波模型和泰勒近似原理，构建了近场阵元位置二维误差模型，进而获得信号特征向量与阵元位置误差的线性映射关系，提出一种高精度的基于特征向量的近场多辅助源阵列位置校正方法。其次，根据非条件最大似然估计理论，构建非线性优化问题的目标函数，基于最大似然估计准则，提出一种辅助校正和自校正均适用的近场阵元位置校正方法。研究了多途对阵元位置校正的影响，将多途干扰视为位置已知的相干源，提出基于特征分解原理的多途补偿策略。理论分析及仿真结果证明了两种校正方法均可适用于强多途环境，且校正精度高。最后，通过湖上试验验证了方法的有效性。　　针对近场目标高速运动导致各阵元间接收信号多普勒系数差较大、相关性下降的问题，提出频域互相关多普勒系数差估计方法和特征提取多普勒系数差估计方法，不仅可实现对宽带信号的多普勒系数差精确补偿，与现有的基于模糊函数的补偿方法相比，运算量大大降低。为进一步提高组合阵的参数估计能力，推导了多普勒系数与目标运动参数的映射关系，运用差分进化优化算法进行数据融合，最终获得了基于目标多普勒的运动状态被动实时估计方法。数值仿真分析了算法性能，验证了本文提出的多普勒补偿方法可较好地修正多普勒对聚焦波束形成定位的影响，证明了运动状态被动实时估计方法的有效性。　　针对信道多途使聚焦波束形成空间谱出现假亮点的问题，研究多途模型匹配和虚拟时间反转镜的聚焦定位方法，有效抑制多途对聚焦波束形成的影响。此外，为实现利用水平线列阵进行三维定位，提出倒谱域多途时延估计方法及利用多途时延信息的三维定位方法。推导了水声信道的倒谱表达式，综合多途时延差和目标位置的几何关系，利用多传感器冗余信息，将方程求解转换为非线性优化问题，进而通过信号同步和Levenberg-Marquardt（LM）方法可实现目标的三维定位。仿真及水池试验验证了上述方法的有效性和实用性。
作者：	邹男
专业：	信号与信息处理
导师：	王燕
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文