声矢量阵校正及测向技术研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文声矢量阵校正及测向技术研究博士研究生：张柯指导教师：梁国龙教授学位级别：工学博士学科、专业：信号与信息处理所在单位：水声工程学院论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearchonAcousticVectorSensorArrayforCalibrationandDirectionFindingTechnique

2、sCandidate:ZhangKeSupervisor:Prof.LiangGuolongAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:Signal&InformationProcessingDateofSubmission:June,2014DateofOralExamination:June,2014University:HarbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导

3、师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工

4、程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据声矢量阵校正及测向技术研究摘要与声压阵相比，声矢量阵克服了左右舷模糊问题，扩展了基阵孔径，降低了干扰背景和检测阈，

5、在线阵、平面阵或小阵元数的情况下优势明显。基于以上几点，声矢量阵信号处理技术成为水声领域的热点之一，美国和俄罗斯大力研究如何将声矢量阵应用于海军装备，用于水下目标的探测和定位，声矢量阵对于现代海军装备的重要性可见一斑。本文主要研究声矢量阵的校正及测向技术。众多声矢量阵测向技术的高分辨性能都是在理想阵列流型的前提下得到的，在实际情况下，声矢量阵往往存在多种阵列误差，这些阵列误差将导致声矢量阵高分辨测向算法性能严重下降，甚至失效。因此，在使用声矢量阵高分辨测向技术之前，对声矢量阵进行阵列校正是至关重要的。对于声矢量阵测向问题

6、，现有的大部分声矢量阵方位估计算法都具有较大的运算量，这大大增加了系统的成本和负担，成为某些系统工程实现的瓶颈。另外，在水声环境中，往往存在相干源，研究声矢量阵相干源多目标分辨对声矢量阵测向技术具有重要的意义。本文的主要研究内容有：1.针对声矢量阵幅相误差及阵元位置误差有源校正问题，基于多级维纳滤波器（MSWF），提出了快速阵列误差校正的SMSWF(SimplifiedMulti-StageWienerFilter)算法。SMSWF算法同时利用校正源的方位和波形信息对阵列误差参数进行估计，无需协方差矩阵计算和特征值分解过

7、程，大大地减小计算量，且具有与特征分解法相同的阵列误差参数估计性能。研究发现，当单个信源入射到阵列且信源波形已知时，SMSWF算法获得的信号子空间等价于特征分解法估计的信号子空间，此时SMSWF算法能够替代特征分解法，从而可以大大地减小基于特征分解的信号处理方法的计算量。大量的计算机仿真和水池数据处理结果验证了SMSWF算法的优越性能。2.在工程应用中，声矢量阵往往存在阵元姿态误差，为了充分了解和校正阵元姿态误差，理论分析了阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响，并就阵元姿态误差对MUSIC算法的影响做了仿真分析。在实际的工

8、作环境中，由于有源校正算法经常受限，提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法，该算法能够实现阵元姿态误差参数和信源DOA的联合估计，且具有良好的参数估计精度和较快的收敛速度。理论分析及计算机仿真验证了该自校正算法的优越性能。3.针对声矢量阵高分辨方位估计算法运算量大的问题，提出了V-MSWF算法和PV-MSWF算法。