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基于均匀圆阵的目标方位估计算法研究与DSP实现
| 论文题名： | 基于均匀圆阵的目标方位估计算法研究与DSP实现 |
| 关键词： | 水下目标;方位估计;均匀圆阵;改进分裂波束法;稀疏贝叶斯学习 |
| 摘要： | 水下声信标搜探系统需要对携带声信标的水下目标进行探测与方位估计。为了实现对水下目标测向的目的，同时为后续搜探设备方位估计模块的研制提供理论和应用基础，本文研究了基于均匀圆阵的目标方位估计算法，并在硬件平台上实现。 论文针对水下声信标的方位估计问题，首先研究了基于均匀圆阵的经典方位估计算法。重点对常规波束形成、最小方差无畸变(MVDR)法、多重信号分类(MUSIC)法和经典分裂波束法进行了理论研究和计算机仿真。并针对经典分裂波束法阵元利用率不高，低信噪比估计精度差的缺点，提出了一种子阵重合的改进分裂波束方法。仿真结果表明改进分裂波束法可在低信噪比下有效提升目标方位估计性能，其计算量增长不大，适用于硬件平台实现。 论文其次对基于稀疏贝叶斯学习的方位估计算法进行了理论研究和仿真分析，重点对SBL和SBL1算法进行深入研究。与经典算法相比，稀疏贝叶斯类算法有更好的分辨率，方位估计均方误差与MUSIC算法接近。但这类方法的运算量较大，难以在硬件平台上实时处理，适合作为处理采集数据的后置算法。 理论分析完成后，论文基于TMS320C6748硬件平台设计并实现了基于均匀圆阵的方位估计软件。对软件中的uPP通信、以太网数据传输、接收信号预处理、方位估计模块和SYS/BIOS操作系统下多任务多线程等模块进行了设计与实现。在方位估计模块中重点对常规波束形成、MVDR、MUSIC、经典分裂波束法和改进分裂波束算法进行了软件实现。经DSP平台验证，上述方位估计算法计算结果与计算机仿真结果一致，满足方位估计要求。 最后，论文对uPP通信模块，以太网传输模块、数据预处理模块以及方位估计模块进行了功能测试和验证。设计并进行了水池实验，利用硬件系统对实验数据进行采集和处理，方位估计结果与实际试验场景一致，验证了算法的正确性。论文研究成果可为水下声信标搜探设备提供高精度方位估计功能，可有效提升搜探结果的准确性。 |
| 作者： | 茹萌 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 梁国龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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