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矢量阵阵处理研究

赵羽  
【摘要】:矢量传感器由声压传感器与直接或间接测量振速的传感器以不同方式同心复合而成,是可以空间共点、同步测量水下声场的标量(声压)和矢量(声压梯度、质点振速、加速度、位移等)的声接收换能器。与传统的声压传感器阵相比,矢量传感器阵可测得更全面的声场信息,更多的信息必然带来更大的处理空间,也必将给水声信号处理和声呐技术的发展带来新的活力。 本文在回顾矢量传感器和矢量信号处理的研究概况基础上,对矢量阵的组合指向性、矢量阵增益、矢量阵恒定束宽设计、矢量阵宽带信号处理等几个基础方面进行了细致、全面的理论、仿真分析,并通过多次的湖试数据加以验证。 各向同性噪声场中的矢量相关特性是矢量阵信号处理的基础,以此为基础,从理论和仿真对矢量阵的几种组合指向性进行对比分析,并进一步给出了莫干山、抚仙湖湖试数据的处理结果,这些结果充分表明了矢量阵在组合指向性方面的优势。能在发现目标的距离上就分辨目标所在舷的左右,是矢量阵的根本优点所在,文中给出了几种抗左、右模糊的方法,并通过仿真分析其性能。 在各向同性噪声场模型下,以常规的声压阵能量检测器增益为基准,采用“比较法”对矢量阵一些典型组合的附加增益进行了理论分析,并给出了增益表达式,理论与仿真分析结果吻合得很好。考虑到实际噪声的复杂性,进一步给出色噪声背景下的仿真结果,并对结果给出了合理的解释,进而对真实的湖试数据进行增益分析。理想噪声背景下,列举的几种矢量阵组合形式与常规的声压阵能量检测器相比分别有2.5dB~4.5dB的增益。 提出了一种基于自适应Notch滤波器的窄带波束形成新方法,在此基础上,通过提取并变换矢量等间隔阵相邻阵元间的相位差实现了矢量阵恒定束宽波束形成。该方法可以使发射信号频率降低到半波频率之下,同时得到对应于一个波长频率的矢量阵组合指向性。以该方法为基础,进一步采用二阶


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