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矢量反转镜时空滤波技术及其在水声中的应用

生雪莉  
【摘要】:海洋是目标信号传至接收点所经的声信道,如何克服传播介质不均匀及信道的多途特性对接收信号的影响,是声呐信号处理的关键之一。时间反转法(TR)是从光学中的相位共轭法演化而来的一种自适应聚焦方法,它具有不需要介质不均匀性的先验信息,自适应修正各种多途引起的畸变,实现自适应聚焦的独特优点。另外,以往的研究已证明了矢量信号处理方法有更强的信号检测能力。将时间反转法与矢量信号处理技术相结合,应用到被动检测与定位中是本文的研究主线。 作为被动式矢量时间反转技术(PVTR)的探索,本文在绪论部分综述了时间反转技术在国内外声学领域的研究情况以及矢量传感器的应用现状,为论文的着眼点进行了定位。 PVTR需要在虚拟信道中完成检测与定位。本文首先就矢量水声信道建模问题展开讨论。考虑矢量反转技术的适用范围,从射线声学角度出发建立海洋声压、振速信道模型。与波动理论矢量场建模的仿真比较证明了对于振速场建模,射线方法亦是波动模型的良好近似。 本文回顾了主动式声压反转镜聚焦原理和矢量信号处理抗各向同性干扰的物理基础,在此基础上提出了被动式声压反转镜及被动式矢量反转镜的理论框架,对矢量反转镜的聚焦和被动检测原理从射线理论角度给予了证明。作为理论研究的验证,进行了矢量反转镜空间相关特性和空间处理增益的仿真,其结果和理论分析一起构成了矢量时间反转被动时空定位的理论基础。 本文提出的被动式矢量反转定位技术是否具有实用价值的关键是它的算法是否具有强稳健性。本文对反转镜算法进行了优化以提高运算速度,并重点讨论了失配对TRM检测和定位的影响,其中包括海面、海底、拐点处声速分布差异和海深测量误差对TRM的影响。给出的结论对矢量反转镜的实际应用具有重要的意义。作为与单阵元TRM的对比研究,进行了二元矢量


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