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矢量舷侧阵稳健快速阵列信号处理方法研究
| 论文题名： | 矢量舷侧阵稳健快速阵列信号处理方法研究 |
| 关键词： | 矢量水听器;矢量舷侧阵;平面空腔障板;阵列信号处理;稳健Capon波束形成 |
| 摘要： | 矢量水听器能同时采集声场中的声压数据和振速数据，相较于传统的声压水听器而言拥有明显的性能优势。自问世以来，矢量水听器就得到了水声界学者的普遍关注，目前已应用于诸多声纳设备中。目前水量水听器的应用大多基于自由场的假设条件，当矢量水听器装载于舰艇等大型器械的水下部分时，由于反声障板的存在，水听器附近声场将发生畸变，不再满足自由场的假设。舷侧阵等大型阵列阵元数多，计算复杂度成为算法是否实用的重要考量;在实际的海洋环境中，由于多种扰动的存在，阵列接收数据存在的导向矢量失配等因素将对算法产生重要影响。本文针对上述情况，分别从稳健、快速两方面研究平面障板下的矢量舷侧阵波束形成方法。 本文首先介绍了障板条件下矢量水听器的应用现状及稳健波束形成、降维波束形成的国内外发展历史。然后以钢-空气-钢的矩形平面空腔障板为模型，分析了平面空腔障板的等效反射系数，以此为基础，建立了以平面障板条件为环境背景的矢量均匀线列阵模型。之后分别对常规波束形成、MVDR、MUSIC三种算法在平面障板条件下及自由场条件下的矢量阵算法进行了分析比较。相同阵元数的矢量阵比声压阵阵增益更高，同时能够解决声压阵测向存在的左右弦模糊问题。 为解决导向矢量失配情况下MVDR波束形成算法输出信干噪比严重下降等影响，本文研究了经典的稳健Capon波束形成(RCB)和基于特征子空间的RCB算法，并将它们应用于障板条件下的矢量阵中。这两种算法在导向矢量失配的情况下都具有比MVDR算法更好的稳健性和更高的输出信干噪比。为解决高复杂度带来的大计算量问题，本文研究了基于MVB框架的快速降维波束形成和基于多级维纳滤波的降维快速MUSIC算法。这两种算法都明显减少了计算复杂度，在处理大型阵列时能有效降低运算时间。 |
| 作者： | 鹿雨 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 朱中锐 |
| 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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