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原文传递水下近场噪声源高分辨定位方法研究

论文题名：	水下近场噪声源高分辨定位方法研究
关键词：	军用舰艇;噪声源;近场定位;线列阵;稀疏信号重构
摘要：	舰艇自噪声会破坏自身的隐蔽性，为敌方的声呐提供检测及定位信息，还会对自身水声设备产生干扰。为提高舰艇的海上作战能力，必须有效的采取减振降噪措施。舰艇的体积较大，其辐射噪声源分布在不同部位，因此开展水下噪声源定位技术的研究，得到噪声源在舰艇上的空间分布，即可有针对性的进行噪声源的减振降噪工作。相比于远场源定位，近场定位可以更为精确的获得噪声源位置。然而，传统近场源定位算法的分辨力较低，容易产生空间上的混叠，对定位精度产生很大影响。本文基于线列阵，研究了水下近场噪声源高分辨定位方法。主要研究内容包括：　　1.针对噪声源中线谱信号的定位问题，提出了一种基于稀疏信号重构的近场源定位算法。通过约束稀疏信号的L1-范数构造优化问题，实现信源的定位。该算法可以通过估计噪声功率来自动选择折中参数，无需噪声的先验知识，满足了稀疏性与保真性的平衡。对于近场源定位，信源与各个阵元的时延差是方位角和距离的函数。如果对二维空间稀疏划分，计算量庞大，甚至不可接受。针对这个问题，本文利用对称阵元数据的组合构造了类远场协方差矩阵，该矩阵仅包含近场源方位角参数，进而将二维定位问题转化为两次一维参数估计问题，显著降低了近场源定位的计算量。仿真结果和水池试验结果验证了算法的有效性。　　2.相比于远场源定位，很多近场源定位算法将二维搜索转化为多个一维搜索，用以降低计算量。然而，这类算法为避免产生空间模糊现象，需要满足两个条件，即阵元间距需要设置为四分之一波长和估计的信源数不能大于阵元数的一半，在阵元数目不变的情况下，就存在很大的孔径损失问题。而阵列孔径是影响阵列分辨力和定位精度的重要因素。针对这个问题，提出了互素对称阵模型，有效的增加了阵元间距，使其不必受限于四分之一波长，扩大了阵列孔径。在互素对称阵模型下，通过重构一个特殊的高阶累积量矩阵，使其仅与信源方位角有关，然后采用MUSIC算法进行方位角估计，进而在每个估计方位上定位目标，无需额外的参数配对方法。此外，该方法在方位角和距离两个维度上都不会产生空间模糊现象。理论分析和仿真实验验证了该方法有效的提高了空间分辨力和定位精度。　　3.针对噪声源中的宽带连续谱信号的定位问题，研究了近场宽带源的定位方法，并提出了一种基于子空间正交原理的定位算法。该算法利用各个频带分量的信号子空间和参考频带分量的噪声子空间之间的正交性估计噪声源位置，并引入信号参考频率的阵列流形矢量的正交投影，用以减小噪声子空间估计误差对定位的影响，提高了空间分辨能力，并在低信噪比条件下有着较好的定位精度。该算法是投影子空间正交性测试算法在近场条件下的扩展，并充分利用了每个频带分量的信号子空间，解决了投影子空间正交性测试算法过于依赖参考频率信号子空间估计精度的问题。理论分析和仿真研究验证了该算法的有效性。
作者：	韩博
专业：	信号与信息处理
导师：	梁国龙
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