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基于矢量声场干涉结构的目标参数估计
| 论文题名： | 基于矢量声场干涉结构的目标参数估计 |
| 关键词： | 声纳系统;矢量声场;干涉结构;波导不变量提取;直线检测算法 |
| 摘要： | 声纳系统接收到的是目标辐射噪声经过海洋信道传播后到达接收点的信号，该信号中同时含有目标信息以及海洋环境信息，为了更好地处理这类信号，水声信号处理技术与海洋声场建模技术的结合越来越紧密。但是真实海洋环境复杂多变以至于目前无论是对海洋环境的了解程度还是计算能力都不足以建立起一个较为完备可靠的海洋模型库去涵盖所有情况，所以将复杂环境简单化，将从海洋环境中提取到的具有代表性的特征与信号处理技术相结合，是当前水声技术发展的重点方向。 近年来，由于浅海低频声场中干涉结构具有稳定、可观测的特点，使它在海洋环境监测、声纳被动测距、地声参数反演等方面得到了广泛的应用。本文以之为研究对象，先对简正波理论进行简要回顾，然后在此基础上推导了声场干涉结构的形成机理，分析了波导环境改变、声源深度改变、是否存在沉积层等情况下的声场干涉结构变化，并采用KrakenC模型对这几种环境下的声场进行建模。 此外，本文还探究了波导不变量表征下的干涉条纹方程，当波导不变量β≈1时，干涉条纹方程为双曲线族。尽管在大多数浅海环境中波导不变量的值约为1，但不同情况仍会略有波动，因此有必要从干涉结构中提取精确的波导不变量值。 以r-ω域的干涉谱图为图像空间，截取图像空间中干涉条纹较为清晰的部分利用Hough变换和Radon变换可以提取到干涉条纹在该局部区域中的斜率。当截取范围足够小时可以将该区域的波导不变量视为一个定值，然后利用干涉条纹斜率计算波导不变量的值。如果将整个图像空间分块，每一块都如此处理，就能得到整个r-ω域干涉图中波导不变量的分布。本文还采用结合图像锐化和图像融合的直线检测算法(LinesSegmentDetector，LSD)，先将声压谱和声压-振速互谱融合以求增强其中的干涉条纹部分，然后对融合后干涉图中的干涉条纹进行检测。仿真结果表明该方法是有效的。 如果图像空间为t-ω域的干涉谱图，则需要先利用不同时刻声压自谱或声压-振速互谱结果中的周期性估计目标的径向速度。并以此为基础，结合时间-方位历程图，估计匀速直线运动目标运动参数:r0/v、航向角等，结合上述估计结果，最终可以实现被动测距。 |
| 作者： | 李韬哲 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 莫世奇 |
| 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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