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低空目标声测无源定向理论与算法研究

陈华伟  
【摘要】:由于武装直升机等低空目标位于雷达探测的盲区活动,近年来采用声学探测方法受到了重视。低空目标无源定向是低空目标无源声探测系统研究中的一项关键技术。本文根据低空目标无源声定向的研究现状、存在的主要问题,对目前该领域的研究方法进行改进和完善的同时,在低空目标声测无源定向的新理论和新算法方面进行了深入研究。主要研究内容与成果如下: 1.研究了目标声源和声场特性。分析了低空目标声源的产生机理、目标辐射噪声在大气中的传播特性以及影响其传播的几个主要因素。对实测的直升机辐射噪声数据进行了分析,获得了目标辐射噪声谱特性。 2.研究了基于时延估计的低空目标声测无源定位理论与算法。针对广泛采用的平面四元十字阵定位方法存在的固有缺点,提出了基于五元十字阵的低空目标声测无源定位算法。推导了五元十字阵目标定位方程,分析了影响五元十字阵目标定位精度的主要因素,研究了时延估计误差、有效声速误差以及阵尺寸测量误差等对目标定位精度的影响,并分别进行了理论分析和数值计算。 3.结合低空目标无源声定向问题,主要研究了基于频域自适应滤波的时延估计算法和基于双谱的时延估计算法。(1) 分析了频域自适应时延估计算法的性能,推导了算法收敛的条件,揭示了算法达到稳态解时的本质。(2) 提出了基于维纳加权的频域自适应时延估计算法,对算法的性能进行了理论分析。为改善低信噪比时的时延估计性能,提出了一种改进算法性能的方法。采用实测的直升机辐射噪声数据进行了仿真,分别在静态时延和动态时延情况下验证了算法的有效性。(3) 研究了基于双谱的时延估计算法,提出了基于双谱切片的最小二乘时延估计算法。实测直升机辐射噪声数据的仿真表明,对于不相关和相关高斯噪声背景,该方法的性能均优于基于双谱的时延估计算法,并且计算复杂度也小于基于双谱的时延估计算法。 4.首次深入研究了基于压差式矢量传感器的低空目标声测无源定向理论与算法,为小尺寸基阵和低频条件下实现对低空目标的精确定向提供了一种新的技术途径。(1) 提出了基于二维压差式矢量传感器的低空目标声测无源定向算法。给出了算法的工程实现途径,从理论上分析了声场计算误差、通道幅度和相位不一致性等因素对算法性能的影响。采用实测的直升机辐射噪声数据对算


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