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基于圆阵的水下近程目标方位估计研究

余新来  
【摘要】:水下近程目标方位估计是包括声纳、鱼雷、自航水雷在内的水下战术武器重要的技术环节之一,精确定位目标方位对于提高武器跟踪能力和战斗部的打击效果具有十分重要的意义。圆阵作为具有360°全向方位角搜索能力的阵形,其阵列波束在空间各方向具有一致的指向性,而且阵列孔径在一定范围内可以随着半径的增大而提高,这样的结构特点使得圆阵应用于水下近程目标方位探测时在很多方面具有线阵所不具备的优势。本论文以圆阵应用为基础,从阵列结构和方位估计算法两大方面研究了基于圆阵的水下近程目标方位估计的相关理论,并在大量理论研究和算法仿真的基础上提出了水下近程目标方位探测系统的整体结构设计,全文的主要研究内容包括: 1.系统地研究了圆阵的空间阵列结构和窄带接收数据模型,给出了圆阵阵列设计参数之间的关系,并对比线阵分析了圆阵的波束指向性和波束加权方法,引入阵元指向函数比较了有向阵元圆阵和无向阵元圆阵的指向性;在应用模式空间变换的基础上,研究了虚拟线阵的阵列结构和波束指向性,同时对比圆阵研究了虚拟线阵的波束加权方法。 2.从常规波束形成和空间谱高分辨两个方面深入研究了基于圆阵的水下近程目标方位估计方法,比较了多波束扫描、多波束抛物线内插和最小均方意义下波束最佳拟合等方法的方位估计性能;在圆阵上应用Capon最小方差法、MUSIC方法和Mini-Norm方法进行高分辨方位估计,同时研究波束域高分辨方法在圆阵上的应用。 3.通过模式空间变换理论,将圆阵变换为模式空间的虚拟阵,在虚拟阵上应用常规波束形成方法和各种高分辨方位估计方法进行目标方位估计,同时以模式空间变换为桥梁,将基于线阵的解相干源方法引入到圆阵上来,深入研究各种基于圆阵的相干源方位估计方法。 4.在理论分析和仿真研究的基础上,结合近程目标方位探测的信号处理任务要求,从发射机、模拟预处理机和数字机三个方面设计水下近程目标方位探测系统的整体硬件框架。


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