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《哈尔滨工程大学》 2010年
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受障板影响的矢量声信号高倍频谱细化分析方法的研究

邵光辉  
【摘要】: 实际应用中,单个矢量水听器具有体积小、重量轻、布放简便易行、适合声纳浮标要求等优点,有利于节省舰船等水下航行体有限的声纳载体空间。但是水中航行体安装平台受到入射声波的作用,会产生反射、散射、结构振动声辐射等干扰声波,影响矢量水听器各通道的测量准确性,甚至使矢量水听器的目标定位完全失败。目前国内外已有多位学者对不同障板类型产生的干扰源声场特性进行较为深入的研究。本论文选择平面障板干扰下单矢量水听器的接收信号作为主要研究对象,首次运用一种新的优化ZFFT方法对其实现高倍频谱细化分析,极大提高了信号频谱分析的频率分辨率与运算速度,增强了矢量水听器的抗障板干扰能力,总结了平面障板干扰下单矢量水听器各通道分量随声源频率改变的相关特性变化趋势,并计算出对应的相关系数值,丰富了平面障板干扰源的特征数据库,具有一定的理论和工程意义。 论文首先简述了相关的经典统计学概念,推导了信号处理方面的相关函数与谱密度函数公式,介绍其在工程应用的具体意义;通过对声矢量的描述,概述了基于矢量水听器的矢量声信号相关分析处理技术。 其次,根据频谱细化算法的信号处理应用背景,推导复调制频谱细化算法(ZFFT)相关的数学公式,通过MATLAB仿真验证ZFFT算法频谱细化效果并归纳其固有的局限性;选取一种带通复解析滤波器来克服传统ZFFT方法的缺陷,提高ZFFT方法的频率分辨率与运算效率,形成一种新的优化ZFFT算法,并通过计算机仿真对比验证了其相对于传统ZFFT方法的优越性。 论文最后给出平面障板影响下单矢量水听器湖试数据分析结果。湖试数据处理结果验证了新的优化ZFFT方法的计算精确度与运算高效性。通过优化ZFFT算法实现了对障板干扰矢量声信号的高倍频谱细化处理。分析了矢量水听器接收信号中的障板干扰成分,并给出了500~5000Hz声源频段内矢量水听器各通道分量的相关特性变化趋势图与相关系数变化值。
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