具有高穩(wěn)健性的淺海目標(biāo)方位估計(jì)方法研究.pdf

1、聲納系統(tǒng)作為對水下目標(biāo)進(jìn)行檢測、定位及跟蹤的重要設(shè)備己被廣泛應(yīng)用。在復(fù)雜的海洋環(huán)境下，對水下目標(biāo)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而穩(wěn)健的高分辨方位估計(jì)，是新一代聲納迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。環(huán)境及聲納系統(tǒng)參數(shù)的失配影響了淺海高分辨方位估計(jì)方法的性能。本論文將海洋聲傳播物理模型與穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法相結(jié)合，以克服參數(shù)失配對方位估計(jì)性能的影響。
　　 首先，本文利用聯(lián)合對角化這一數(shù)學(xué)工具，分別構(gòu)造空時(shí)相關(guān)矩陣組和高階累積量矩陣組的聯(lián)合對角化結(jié)構(gòu)，通過統(tǒng)一的

2、Jacobi旋轉(zhuǎn)正交聯(lián)合對角化方法，重新獲得聯(lián)合特征值并對空間譜進(jìn)行修正，以提高高分辨算法在噪聲環(huán)境下的方位估計(jì)性能。
　　 其次，本文考慮優(yōu)化準(zhǔn)則和多種失配因素的影響，提出矢量最優(yōu)化穩(wěn)健波束形成方法，有效地改善算法的方位估計(jì)性能，通過理論分析可證明該方法可將主流的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法整合至矢量最優(yōu)化的整體框架下。文中推導(dǎo)了利用二階錐規(guī)劃求解矢量最優(yōu)化約束問題的表達(dá)式，進(jìn)一步研究了求解矢量最優(yōu)化穩(wěn)健波束形成最優(yōu)權(quán)系數(shù)的Lagr

3、ange快速算法，得到權(quán)矢量的近似解析式，并討論影響最優(yōu)對角加載因子的各個(gè)因素之間的關(guān)系，證明了該算法廣義上屬于對角加載類方法。數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究表明該方法在約束參數(shù)的選取上具有更強(qiáng)的寬容性，在存在相同方位估計(jì)偏差的條件下，具有不低于其他主流對角加載類算法的輸出信干噪比性能。同時(shí)，在相同的信噪比、快拍數(shù)以及導(dǎo)向矢量誤差條件下，該算法具有更高的譜峰與最大旁瓣比，更窄的-3dB波束寬度，可明顯改善算法的分辨能力及對噪聲干擾的抑制能力。

4、>　　 再次，本文針對高頻近程聲納系統(tǒng)的應(yīng)用情況，利用虛源理論建立了基陣信號模型并分析了多途效應(yīng)對方位估計(jì)的影響，結(jié)合矢量最優(yōu)化穩(wěn)健波束形成在約束參數(shù)選取寬容性好及穩(wěn)健性高等方面的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種基于射線理論的矢量最優(yōu)化淺海穩(wěn)健方位估計(jì)方法。該方法在充分考慮多途信道特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮實(shí)際模型失配的影響，對實(shí)際源矢量施加約束條件，以提高高分辨方位估計(jì)方法在失配條件下的穩(wěn)健性。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在沉積層聲學(xué)參數(shù)不確定、海水深

5、度不確定以及存在導(dǎo)向矢量誤差等因素的條件下，具有更為尖銳的譜峰及更低的旁瓣水平，更高的空間分辨能力及更強(qiáng)的噪聲干擾抑制能力。
　　 最后，本文針對淺海遠(yuǎn)程探測聲納系統(tǒng)的應(yīng)用情況，利用簡正波理論，建立了符合淺海聲傳播特點(diǎn)的基陣信號模型，應(yīng)用矢量最優(yōu)化方法對陣列源矢量施加約束條件，以提高高分辨方位估計(jì)方法在海水躍變層深度、海水深度及聲速梯度等環(huán)境參數(shù)失配下的穩(wěn)健性。文中對該算法的空間譜結(jié)構(gòu)、PSR、-3dB波束寬度、成功概率及方位估