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矢量阵信号处理技术研究

陈新华  
【摘要】:众所周知,声波兼有标量场和矢量场,传统的声压水听器仅利用了其声压信息(标量场)。矢量水听器,又称组合传感器由传统的无指向性声压水听器和具有与频率无关的偶极子自然指向性的质点振速水听器组合而成,它可以空间共点、时间同步测量声场中的声压(标量场)和振速(矢量场)信息。更多的信息量必然带来更好的信号处理效果,常规声压水听器阵信号处理技术已经是成熟的技术,矢量水听器阵含有更多的声场信息,因此在常规声压水听器阵信号处理技术基础上发展矢量水听器阵信号处理技术,必将给水声信号处理和声呐技术的发展带来新的活力,这正是本文的主要内容。 本文首先阐述了声压、振速联合信息处理技术的基础,相干源辐射声场(远场)中,声压、振速的波形一致,是完全相关的,而各向同性噪声场中,声压、振速是不相关的。对于单个矢量传感器,振速是具有偶极子指向性的,讨论了联合处理声压、振速信息可以得到任意方向的单边指向性,对抗已知方向的相干干扰有很大的作用。 针对等间距线阵,本文回顾了常规声压阵波束形成技术,包括时域、频域,在此基础上研究了矢量阵波束形成技术。矢量阵不同于声压阵,它输出声能流,主要讨论了几种声压、振速联合处理算法,将它们的指向性图与常规声压阵指向性图进行了比较,得出矢量阵信号处理能够抗目标左、右模糊,并且主波束宽度要窄于常规声压阵,这在工程应用中有重大的意义。对矢量阵的检测性能也作了讨论,分别讨论了各种组合的处理增益和常规声压阵的处理增益,得出矢量阵信号处理增益大于常规声压阵信号处理增益。综上所述,无论是目标方位估计性能,还是信号检测性能,矢量阵都优于常规声压阵。 论文的最后对两次矢量阵试验数据进行了处理,分别给出了矢量阵和常规声压阵的方位估计结果和它们的处理增益,试验结果与理论结果基本相符。矢量水听器阵处理技术作为新兴技术,因此本文有许多牵强之处,作者希望 哈尔滨工程大学博士学位论文 本文对促进矢量阵技术的发展起一些作用。 关键词:矢量传感器;声压振速联合信息处理;声能流;波束形成;矢量阵


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