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水下噪声源高分辨率定位识别技术研究
| 论文题名： | 水下噪声源高分辨率定位识别技术研究 |
| 关键词： | 潜艇辐射噪声;高分辨率算法;定位识别技术;声隐身性能 |
| 摘要： | 潜艇辐射噪声是衡量其作战性能及生存能力的重要指标，是破坏其声隐身性能的主要因素。有针对性地对潜艇辐射噪声进行测量分析，努力降低潜艇噪声，提高潜艇的声隐身性对发挥其作战使命任务至关重要。因此，提升水下大型结构噪声测量水平，获得其噪声源空间分布情况，并估计各噪声源强度，对提高潜艇综合声隐身性能具有重要意义。 本文以实现水下噪声源高分辨率定位识别为主要研究内容，针对现有的高分辨率算法应用于水下声系统中存在的局限性及诸多缺陷，分别从空间谱估计、阵列预处理及后处理三方面提出解决上述问题的方法。 针对传统高分辨率算法存在无法识别噪声源绝对强度、识别声源类型单一且对相干声源处理能力低等问题。论文基于子空间类算法的高分辨率特性，利用特征矢量及预设声源建立各子空间内声源向量的重构模型，结合范数约束条件研究一种基于似 P范数特征分解的复杂声源高分辨率定位识别方法(P-EVD)。理论推导及仿真分析显示该方法可实现对多类型声源方位和强度的准确估计而无需考虑其相干性，有效消除了传统算法分辨率不足对相干声源处理能力不佳的问题。对可能影响算法的各种参数进行了分析讨论，给出该方法可正确实施的适用范围，并通过对几种典型声源的水池实验验证了算法的正确性和优越性。 针对P-EVD算法在进行多目标探测时存在的阵元数门限问题。论文基于声场重建的原理，在标准Tikhonov正则化算法的基础上，利用波束形成响应的声场先验信息，研究一种基于波束形成正则化矩阵的阵列扩展技术。该方法在不增加实际传感器的情况下虚拟的增加了阵元总数，突破了P-EVD算法对阵元数的限制，同时实现阵列孔径的最大扩展，降低了常规算法所能探测的最低声源频率，提高基阵的空间分辨率。通过典型算例和实验验证了理论分析的正确性，并研究了相关参数对重构精度的影响。 针对在非自由场中采用混合场声压进行目标定位识别失效的问题，论文在常规球面阵波束形成算法的原理上，推导了基于虚拟源法的球面阵高分辨率聚焦定位算法(VSSFB)。对该算法的性能分析表明VSSFB可在全频段内实现高精度，高分辨率，理想的三维声源定位结果。在此基础上，利用虚拟声源的强度与测量阵列至各界面间的距离成反比的关系，研究一种迭代加权的VSSFB算法来削弱由反射导致的“假源”干扰，得到近似自由场的定位结果。通过若干算例对该方法的实施范围和精度进行讨论分析，为下一步的实际工程应用提供参考依据。 |
| 作者： | 刘月婵 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 何元安 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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