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光纤矢量水听器指向性锐化技术研究

作　者: 周江涛
导　师: 倪明
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 水声工程
关键词: 光纤矢量水听器指向性矢量水听器最小方差无失真响应(MVDR) 目标方位估计
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 115次
引　用: 2次
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内容摘要

矢量水听器以其优良性能日益引起水声和相关领域研究人员的高度重视,而光纤矢量水听器具有一系列压电等其他类型的矢量传感器所不具有的优越性能,这一点已经在光纤水听器和压电水听器的比较中显现出来。本文阐述了光纤矢量水听器系统的工作原理,重点分析并给出了系统的光学结构、信号相干解调等关键技术,并对光纤矢量水听器进行了指向性仿真和标定试验;指向性是声纳系统的最基本特征之一,是水声探测系统抑制噪声和干扰的主要指标,在分析了矢量声场的声压、振速相关特性的基础上,介绍了矢量水听器的8字形指向性,即偶极子指向性,它具备一定的目标方位估计能力,但其3dB主瓣宽度大约90°,在实际应用中单矢量水听器需经过一定的波束锐化才能分辨多目标和对目标准确定位:在现有文献提到锐化技术基础上,提出了基于最小方差无失真响应的指向性锐化技术,并对其锐化机理做了详细的讨论,将它用于目标方位估计,通过仿真和试验证明了应用该方法可以将波束宽度抑制在20°以内(信噪比在15dB以上),极大地锐化了光纤矢量水听器的组合指向性,为将来光纤矢量水听器阵列的应用打下了基础;最后对湖上试验数据和2003年光纤矢量水听器首次海上试验的数据进行了处理,将锐化技术应用于目标方位估计,较准确地估计了目标船的方位角,并对海洋声场的矢量特性进行了测量,在一定程度上验证了文章中给出的矢量声场信号和噪声模型的相干特性,检验了光纤矢量水听器及其相关应用技术在恶劣的海洋环境中的性能。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章引言  8-14
  1.1 矢量水听器的研究现状及特点  8-10
  1.2 光纤矢量水听器的研究进展  10-12
  1.3 课题研究的意义和主要工作  12-14
第二章光纤矢量水听器基本原理及信号调制解调技术  14-21
  2.1 系统基本结构及工作原理  14
  2.2 系统的光学结构设计  14-16
  2.3 光频调制相位载波解调信号处理技术  16-21
第三章光纤矢量水听器的声场信号物理模型及其自然指向性  21-32
  3.1 矢量水听器的声场信号模型  21-28
    3.1.1 均匀无限介质中平面波声场声压、振速相关性  21-23
    3.1.2 均匀无限介质中球面波声场声压、振速相关性  23-24
    3.1.3 均匀无限介质中柱面波声场声压、振速相关性  24-25
    3.1.4 噪声场中声压、振速相关性  25-28
  3.2 矢量水听器的自然指向性  28-32
第四章光纤矢量水听器指向性锐化技术  32-43
  4.1 单矢量水听器指向性锐化技术  32-37
    4.1.1 倍频窄波锐化技术  32-34
    4.1.2 高次乘方锐化主波束  34-35
    4.1.3 最小均方误差准则锐化主波束  35-37
  4.2 MVDR窄波束指向性锐化技术  37-43
    4.2.1 MVDR理论推导  37-40
    4.2.2 MVDR最小化阵列输出的讨论  40-43
第五章指向性锐化技术及目标方位估计仿真  43-52
  5.1 数值仿真实验简介  43-44
  5.2 MVDR指向性锐化技术仿真  44-48
  5.3 锐化技术应用于方位估计仿真  48-52
第六章光纤矢量水听器湖上试验及海上试验数据处理  52-67
  6.1 光纤矢量水听器湖上试验  52-57
    6.1.1 指向性标定试验与指向性锐化结果  52-54
    6.1.2 光纤矢量水听器MVDR指向性锐化实测结果  54-55
    6.1.3 应用MVDR指向性锐化技术估计目标方位  55-57
  6.2 光纤矢量水听器海上试验数据处理  57-67
    6.2.1 青岛海试简介  57-58
    6.2.2 光纤矢量水听器信号的PGC解调结果和声压、振速信号的相关性  58-63
    6.2.3 应用MVDR指向性锐化技术估计目标方位  63-67
第七章结论及下一步工作  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
硕士期间发表论文情况  72

光纤矢量水听器指向性锐化技术研究

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