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基于海底固定阵的目标探测方法研究
| 论文题名： | 基于海底固定阵的目标探测方法研究 |
| 关键词： | 海底固定阵;目标检测;方位估计;信噪比;声纳目标时空分布图 |
| 摘要： | 随着海洋在各国发展战略中的地位日益提高，水下目标检测作为维护海洋安全的重要技术保障逐渐成为水声领域的核心研究课题。然而水下环境复杂多变，干扰和噪声种类繁多，造成的影响也各不相同，同时目标隐身技术发展迅速，导致无论是主动探测还是被动观测，包含目标信息的信号可能会被强海洋环境噪声和干扰所淹没，水下弱目标检测难度大大增加。海底固定阵因其大尺寸、高增益、长时观测等特性在此类水下环境中具有优异的探测性能。本文主要从大尺寸阵列各阵元信噪比低且不相等的条件下远距离目标方位估计和低信噪比下基于声纳目标时空分布图的水下弱目标检测两个角度研究了基于海底固定阵的目标探测方法，并通过仿真分析和海试试验数据的处理验证了算法的有效性。 首先研究了常规声纳信号处理常用的方法。建立海底固定阵接收信号数学模型，并基于此模型研究适用于阵列各阵元信噪比相等、不相等条件下的目标方位估计算法，分析了频域宽带波束形成，定义了空间谱评价指标来衡量方位估计算法的性能，阐述了声纳目标时空分布图的原理和特性，为后续研究提供理论基础。 其次研究了大尺寸阵列远距离目标方位估计方法。为实现处理增益和方位估计准确度的提高，针对低信噪比的情况，通过分析接收数据协方差矩阵中各元素包含信号和噪声的能量差异研究基于协方差矩阵预处理的方位估计方法，根据阵列长时观测特性研究基于长时方位稳定性的方位估计技术;针对各阵元信噪比不相等的情况，利用目标稀疏特性研究基于窄带稀疏表示的方位估计方法，通过对协方差矩阵信噪比均匀化处理研究基于噪声协方差矩阵预估的方位估计技术，根据阵列大尺度特性提出基于子阵方位稳定性的方位估计算法;针对各阵元信噪比低且不相等的情况，利用阵列大尺度且长时观测的特性研究了空时联合信号处理和压缩感知方法，并提出了基于协方差矩阵预处理的子阵联合方位估计算法。 然后研究了基于声纳目标时空分布图的水下弱目标检测方法。为提高声纳在低信噪比下对弱目标的检测性能，利用长时凝视得到的多帧时间方位能量图或时间方位历程图中目标与噪声信号的连续性和帧间相关性差异提出了基于长时凝视的水下弱目标检测方法;利用接收数据匹配滤波得到的单帧时间方位能量图中目标与噪声的稀疏性差异研究基于声纳目标时空分布图稀疏表示的水下弱目标检测方法。 最后通过海试数据验证分析，证明了本文算法的有效性，可基于海底固定阵实现远距离弱目标的准确检测及方位估计。 |
| 作者： | 刘婷 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 生雪莉 |
| 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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