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声矢量传感器信号处理技术研究

姚爱红  
【摘要】:声矢量传感器技术正成为水声工程领域令人瞩目的研究方向之一,对其接收到的声矢量信号进行分析处理成为体现声矢量传感器优越性的关键。声矢量传感器比常规的声压传感器多提供了声场的振速信息,因此声矢量信号处理技术比常规声压传感器阵信号处理技术的性能更高,更多样化。本论文以此为出发点,结合工程应用背景,研究基于声矢量传感器的信号处理技术,通过理论推导、计算机仿真以及湖试和海试数据处理,重点研究单个声矢量传感器信号处理技术及声矢量传感器阵空间谱估计方法。 单个的声压传感器不具有方位分辨能力,而单个的声矢量传感器由于其自身的方向敏感性,可以分辨多目标,但是目前单个声矢量传感器多目标方位分辨力不高,因此本文对如何提高单个声矢量传感器对相干源目标的方位分辨能力作了深入研究。提出了单个声矢量传感器倍频窄波束形成技术,形成的波束-3dB宽度为26°,具有一定的多目标分辨能力,并进行了计算机仿真和海试数据处理。由于不同的舰船有不同的DEMON线谱,所以在DEMON域可以分辨多目标。定义解析声强流,并提出了单个声矢量传感器DEMON谱测向算法,仿真计算和湖试数据处理结果表明这一方法的方位分辨力在信噪比较高(SNR>-10dB)时,方位估计标准差小于5°。 在声矢量传感器阵列信号处理方面,本文综述了基于声矢量传感器阵的空间谱估计问题,详细推导了声矢量传感器阵方位估计的性能边界并与声压传感器阵的作了比较分析;将声压传感器阵与声矢量传感器阵的CRB统一用一个表达式描述,其极端情况为单个传感器情况下方位估计的CRB;跟踪文


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