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多波束海底测深隧道效应及其自适应消除方法研究

作　者: 翁宁宁
导　师: 李海森
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多波束测深仪隧道效应旁瓣干扰抵消误差反馈 RLS-Laguerre格型算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
引　用: 3次
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内容摘要

多波束测深仪是广泛应用于船舶上的高精度测深设备,以其出色的工作效率和测深精度在海底地形的研究工作中发挥了巨大的作用,然而人们发现系统输出数据中的一些测深假象,这些假象影响测深精度,隧道效应就是其中一种典型的测深假象。如果对这些假象不加以处理,多波束测深系统将对海底地形给出错误的解释,例如隧道效应的出现,会使系统将相对平坦的海底绘成两端上翘凹面向上的水平半圆柱面海底地形。本文是针对隧道效应的消除工作而开展的研究,文中指出隧道效应的产生机理及影响。隧道效应通常发生在平坦海底地形下,起源于旁瓣干扰由强镜向回波的能量被其余波束的旁瓣接收而引起。对此,本文首先仿真几种用于消除隧道效应的自适应算法性能,给出基本参数对算法收敛性能的影响,然后根据自适应干扰抵消原理,利用多种自适应算法对国产首台便携式多波束测深仪湖试实验数据中的隧道效应进行消除处理。研究结果表明,误差反馈格型算法和后验Givens格型-梯型算法能够有效消除边缘波束中的干扰,并且可以快速跟踪真实的海底回波信号;对于两种算法存在的削弱中央波束信号能量的问题,文中进一步提出采用误差反馈RLS-Laguerre格型算法进行处理,通过对Laguerre极点位置的选取,该算法不仅能够有效消除边缘波束中的干扰,而且可以有效保留中央波束信号的能量,湖试数据处理结果证明该方法的有效性和实用性,从而提高了多波束测深设备的测深精度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 国内外研究进展与现状  11-15
    1.2.1 多波束测深系统及测深假象综述  11-13
    1.2.2 相关的自适应算法概述  13-15
  1.3 论文主要研究内容  15-17
第2章多波束测深声呐探测中的隧道效应  17-30
  2.1 多波束测深声呐的测深原理  17-20
  2.2 隧道效应的特性  20-24
    2.2.1 镜面区域与非镜面区域的回波特点  20-21
    2.2.2 隧道效应产生的原因  21-22
    2.2.3 旁瓣干扰的影响  22-24
  2.3 隧道效应的消除方法  24-29
    2.3.1 设置海底跟踪门  24-25
    2.3.2 设置动态门限  25-26
    2.3.3 采用自适应干扰抵消方法  26-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章用于消除隧道效应的自适应算法  30-63
  3.1 自适应滤波器原理  30-33
  3.2 最小均方算法  33-39
    3.2.1 LMS算法的导出  33-36
    3.2.2 自适应均衡实验  36-38
    3.2.3 步长对LMS算法的影响  38-39
    3.2.4 条件数对LMS算法的影响  39
  3.3 递归最小二乘算法  39-49
    3.3.1 RLS算法的导出  40-44
    3.3.2 遗忘因子的影响  44-45
    3.3.3 初始值的影响  45-46
    3.3.4 加窗法的影响  46-47
    3.3.5 条件数的影响  47-48
    3.3.6 两种算法性能的比较  48-49
  3.4 误差反馈格型递归最小二乘算法  49-52
  3.5 后验形式无平方根Givens LS格型-梯型算法  52-62
    3.5.1 后验Givens LS格型-梯型算法的推导  53-58
    3.5.2 系统辨识模型  58-59
    3.5.3 后验Givens格型算法的性能分析  59-62
  3.6 本章小结  62-63
第4章隧道效应的消除处理  63-89
  4.1 便携式多波束测深仪湖试实验情况说明  63-64
  4.2 采用EF-LRLS算法进行湖试数据处理  64-71
    4.2.1 单级处理  65-70
    4.2.2 级联处理  70-71
  4.3 采用后验形式无平方根Givens LS格型-梯型算法处理  71-78
    4.3.1 后验Givens格型算法的处理结果  71-76
    4.3.2 后验Givens格型算法的Systolic实现  76-78
  4.4 误差反馈RLS-Laguerre格型算法  78-88
    4.4.1 Laguerre格型滤波器  78-81
    4.4.2 误差反馈RLS-Laguerre格型算法的性能分析  81-82
    4.4.3 对隧道效应的处理  82-88
  4.5 本章小结  88-89
结论  89-90
参考文献  90-98
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  98-99
致谢  99

多波束海底测深隧道效应及其自适应消除方法研究

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