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中高频环境下宽容性差频定位方法研究
| 论文题名： | 中高频环境下宽容性差频定位方法研究 |
| 关键词： | 水下声源定位;差频处理;宽容性;中高频环境 |
| 摘要： | 常规匹配场定位作为一种基于模型的水下声源定位方法，其性能很大程度上取决于模型参数的准确性。在不断变化的海洋环境中，各种环境参数和系统参数都具有一定的时空变化性，模型参数与实际参数之间的失配会导致匹配场定位性能的下降。中高频信号的相位波动随参数变化尤为剧烈，因此不确实海洋环境下利用常规匹配场定位很难准确估计中高频声源距离和深度。针对中高频宽带声源定位困难的问题，Worthmann等人提出了差频匹配场定位方法，利用差频处理对中高频信号降频，在低频域进行匹配场处理可以提高定位方法的宽容性。差频匹配场定位通过匹配差频信号与低频拷贝场实现声源定位，但是由于海底频率选择性衰减与信号多径的存在，差频信号与低频信号有着本质上的差异，声源频率和阵列孔径均会影响此差异的大小，进而影响差频匹配场定位的性能。本论文从差频匹配场定位出发，旨在提出一种基于差频处理的宽容性中高频声源定位方法并研究其定位性能。 论文针对差频匹配场定位方法，研究声源频率和阵列孔径对差频匹配场定位性能的影响，并且通过模幅度分析声源频率以及阵列孔径对差频信号与低频信号之间差异的影响。结果表明声源频率的增大与阵列孔径的减小均会导致差频信号与低频信号之间的差异增大，进而降低差频匹配场的定位性能。针对差频信号与低频信号之间存在的固有差异，论文结合差频处理和匹配波束处理，提出差频匹配波束处理定位方法。该方法在匹配差频信号与低频拷贝向量之前先将差频信号与低频拷贝向量变换到波束域，再作匹配相关来实现目标定位。借助匹配波束处理可以实现空间滤波从而限制来自海底的反射波束，减少海底频率选择性衰减带来的影响。 论文通过在常见失配场景中，对常规匹配场定位和差频匹配波束处理定位的中高频声源定位性能进行比较，证明差频匹配波束处理定位的宽容性。在失配类型方面，本论文考虑了环境失配和阵元位置失配两种场景，其中环境失配类型包括水深失配、声速剖面失配、沉积层以及海底参数失配。环境失配分析中，通过比较模幅度值分析各类失配对差频信号和中高频信号的影响。阵元位置失配分析中，论文建立三维空间的阵元位置误差模型以模拟实际情况中由于制作工艺，环境因素等引起的阵元位置误差。从声线传播时间误差角度分析阵元位置失配对声源定位的影响。 最后论文利用差频匹配波束处理定位对实际的海试数据进行声源位置估计，并与常规匹配场定位估计结果相比较。结果证明在实验环境参数不确实的情况下，差频匹配波束处理定位误差小于常规匹配场定位，验证了该算法的可行性和宽容性。 |
| 作者： | 潘靓 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 赵航芳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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