基于矢量水听器自适应本舰噪声抵消技术研究

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1、西北工业大学硕士学位论文摘要摘要矢量水听器较传统声压水听器有诸多优势。本文从矢量水听器的指向性特性出发，对基于矢量水听器的拖曳阵声呐本舰噪声抵消方法进行了研究。针对水听器的指向性，研究了在理想条件下，单个矢量水听器的偶极子指向性和声压、振速联合指向性，并用实验数据进行了指向性图的绘制。针对拖曳阵声呐本舰噪声抑制，文章提出利用矢量水听器端射波束形成器对参考噪声信号进行提取，建立了舰船拖曳声呐自适应本舰噪声抵消系统，从而将自适应噪声抵消器成功运用到本舰噪声抑制的课题上，并通过仿真与实验数据对该方法进行了

2、验证。全文主要工作如下：第一章是绪论部分。对矢量水听器以及本舰噪声抑制方法的国内外研究现状进行了介绍。第二章从工作原理和理论上对两种矢量水听器进行了分析。对压差式矢量水听器的计算模型、接收信号的数学模型、方位角的计算以及矢量水听器波束形成、单、双边指向性进行理论推导。第三章主要介绍了自适应信号处理算法。对LMs算法及自适应噪声抵消器进行研究。第四章研究了舰船噪声信号的时频特性，建立了噪声的信号模型，简要对常规的噪声抑制方法进行了介绍，并针对本舰噪声拘制方面介绍了几种典型的理论与方法。第五章针对矢量水

3、听器的空间方位特性和接收信号的矢量特性提出了两种基于矢量水听器的拖曳阵声呐本舰噪声抑制的方法并进行了深入研究。第六章对第五章提出的自适应本舰噪声抵消系统进行了仿真研究，最后对消声水池采集的试验数据进行处理，对仿真结果作出分析。第七章总结了论文所作的工作，提出了本文的创新点和进一步努力的一些意见和建议。总之，文章从理论、仿真、试验数掘处理等方面对基于矢量水听器的拖曳声呐自适应本舰噪声抵消方法迸行研究，结果表明，它可以有效的抵消本舰噪声，提高拖曳式声呐目标定向精度。关键词：矢量水听器波束形成自适应噪声抑

4、制信号处理两北工业大学硕J：学位论文第一章绪论1．1引言第一章绪论第二次世界大战结束以后，世界各国的军事专家都认识到，对制海权的控制在未来战争中有着举足轻重的作用，潜艇等一些舰船技术得到飞速的发展。所以，对于低信噪比的条件下的信号处理便成为了现代水声所要解决的主要问题之一。由于声压水听器阵能够直接有效的提高水声系统对微弱信号的检测能力，从六十年代开始，国外开始使用拖曳阵便是成功的典范。这些水听器阵利用增大阵列孔径来提高阵增益，有效地实现了对目标的检测和定位。但是由于水下目标隐身技术的发展，从上世纪五

5、十年代以来的五十多年中，潜艇的辐射噪声级大约降低了35分贝，潜艇的目标强度也由于吸声材料和消声瓦的使用降低了大约10分贝，并且其工作频率不断的降低。出于对水下目标检测距离要求的不断提高，使得声压水听器只能在继续增大阵列孔径的情况下，才能有效地对目标进行估计，然而阵列孔径的增大却带来一系列问题，如成本的加大，需要处理的数据量变大等问题，但是最主要的问题还是工程实现的问题。例如如果要检测20Hz的线谱辐射，传统的声压水听器基阵的尺寸将达到数公里长，这在实际应用中是很难实现的。并且由于目标强度的不断降低，

6、拖曳阵接收到的有用信号往往会被淹没在本舰强噪声中，利用声压水听器阵的信号处理技术已经不能有效的抑制本舰噪声的干扰。这些问题的存在就需要我们选择更好的处理方法解决这些问题。1．2研究的历史和现状矢量水听器(VectorHydrophone)是一种不但能够测量声场中的声压信号还能测量声场中质点振速信号的接收换能器。它由声压水听器与直接或间接测量振速的传感器等以不同方式同心的组合而成。单个小尺度矢量水听器就可具有不随频率变化的“8”字形或心脏形指向性，因此由它构成的矢量阵与传统的声压水l西北工业大学硕士学

7、位论文第一章绪论听器阵相比，相同尺寸的矢量阵可以获得更大的空间增益。换句话说，要得到相同的空间增益，用矢量水听器成阵，将大大减小阵的尺寸。将矢量水听器阵应用到舰船拖曳阵声呐中，由于矢量水听器不受频率变化的影响，因此用矢量水听器代替声压承昕器在有效的减小拖曳阵尺寸的同时还可以使工作频率达到很低，并且还能够得到比声压水听器更高的信噪比。矢量水听器一般由声压水听器和振速水听器复合而成，可以共点、同步、独立地测量声场空间一点处的声压和质点振速的各正交分量。尽管上述思想早在】932年奥尔森【1l就已经提出，但

8、是技术和工艺上的诸多障碍限制了矢量水听器的工程应用和进一步推广。矢量水听器的相关研究只是近几十年来才在世界范围内呈现兴起之势。以前阻碍矢量水昕器在水声工程中发展的最大的障碍是无法在水介质中对微弱的质点振动速度进行高精度的测量，随着工艺和技术的发展，1990年前后在世界上出现了可以在水声工程中使用的商性能矢量水听器。关于矢量水听器的研究，美国和俄罗斯处于领先地位。早在40年代，美国己研制出声压梯度矢量水听器；70年代，已将矢量水听器成功应用于声呐浮标中。还探索矢量水听器