矢量声场与矢量信号处理理论研究

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1、哈尔滨工程大学博士学位论文矢量声场与矢量信号处理理论研究姓名：王德俊申请学位级别：博士专业：水声工程指导教师：惠俊英20041201矢避声凌与矢量信号处理理论磁究i黛——●■—营黛∞‘iii薯■—■■—置葺搿焉i——一I"1篁i摘要声传播和信号处理模型是水声系统的两个基础理论，基于矢量水听器的水声系统也是如此。矢量水听器信号处理技术经过十几年快速发展，展示出相比于声压信号处理技术的优点后，它在物理和信号理论方面需要更深入的基础研究，以更明确、更好地挖掘其内在的潜力。本文尝试在这两方面做一些基础性的探索研究。“

2、智能”水雷声引信、目标低噪声辐射声场测量和港口目标声特性监测等场合均关注近程(2Km以内)声场。因而，本文探讨近程声场的预报方法。侧面波对近程声场有重要贡献，已发表的公开文献中仅对侧面波声场作近似估计，本文指出这些对侧面波声场的预报误差均较大。本文给出了侧面波声场的精确数值预报方法，从而有可能较精确预报近程声场。只有在近程声压场精确预报的基础上才能用数值差分法计算振速场，本文的近程声场预报方法符合此要求。由于矢量传感器正逐步被推广应用，对近程矢量场增加了解是必须的。本文通过数值计算，初步描绘了振速场的物理图像

3、。本文对比了波动理论、简正波声场和射线模型的声场预报结果，给出了后二种方法的近似程度。仅考虑简正波声场仅适合远程声场预报，它不适合近程声场预报。射线模型适合高频声场的预报，当kh>100时射线模型声场预报有足够高的近似精度。本文另一部分内容讨论矢量信号处理的基础理论。基于声能流的方法，解决了声压信号处理固有的部分缺陷，提高了处理增益和方位估计精度，试验证明是比较实用的方法。对这种方法作理论建模是必要的，是有实际意义的。本文推导了矢量水听器频域测量模型和模型参数。该测量模型便于推导互谱、平均声强以及方位估计的概

4、率密度，进而深入分析矢量信号处理方法的性能。根据频域测量模型，推演得到互谱、平均声强等声能流的概率密度公式，飧尔滨工撩大学博士学位论文一III———ii萱—■鼍——●■■—■—i

5、黛嗣■■■■——■—■宣嘣麟蕾ii—■■葺i鼍i宣———■——鼍黼鞫iii■躺进而理论分析ROC(接收机工作特性)曲线和矢量阵增益。各向同性噪声场中，声能瀛眈声悉ROC缝麓高4dB。矢量阵增益高于声压阵；高储嗓眈条件下，高阶波束形成的增益高于声能流波束形成。裰据颁域铡嚣模鍪，报演得鬟声麓瀛方位估计静概率密度公式，以及方位估计的党拉美

6、-罗下界(CRLB)。指出低傣噪比条件下，方位估计存在有偏臻象；谱缀信噪魄窝于7dB／Hz，燕无傣最大戗熬傣计置德计精度遮到CRLB。本文近程声场研究和信号处理理论研究与仿真研究结论一致，与海(湖)试结采合鬟圭氇一戮。本文绪论部分介绍了矢量水昕器相关理论技术的基础知识，综述了国内井遂方瑟熬发震、挟凝，镶读毒袁一个全瑟戆基本斡了鳃。关键词：矢量水听器；矢鬃声场；矢量信号处理；Pekeris波导；侧面波；矢避水听器频域模型；声艟流；概率密度；水声工程1I矢燕声场奄矢量攘弩处理理论骚变AbstractSoundpr

7、opagationandsignalprocessingmodelarethetwofundamentaltheoriesofunderwateracousticsystems，whicharethesametothatbasedonvectorhydrophone．Ⅵmenvectorsensorprocessingtechniqueshaveshownmanyadvantagesthanpressureaftermorethantenyearsofrapiddevelopment，itisnecessar

8、ytodomorefundernlemalresearchesonphysicsandsignaltheorytoexplorethepotentialofvectorhydrophonemorespecificallyandeffectively．Weattempttomakeprobefundermentallyinabovetwoespectsinthethesis．Neardistanceacousticfieldsarepayedattentioninintelligentacousticminea

9、ndthemeasurementoftranquiltargets’radiatefieldandacousticfeaturemonitoroftargetsinthehaven，eto．SointhethesismethodsofacousticfieldprognosisofneardistancearediSCHSSed．Lateralwavecontributesgreatlytonear