運動目標輻射噪聲的寬帶波束形成研究.pdf

1、在較大的帶寬上無失真地獲取目標源的輻射噪聲，能夠給諸如信號檢測、目標識別和定位等后續(xù)信號處理提供更為豐富的、完整的目標信息，對提高其性能至關重要，因此具有廣泛的實際應用背景。本文結合水下軍用目標特性國防重點實驗室基金項目，針對能夠無失真獲取寬帶運動源輻射噪聲的波束形成技術，系統(tǒng)深入地開展了理論和實驗研究。主要研究內容包括： 1．建立了存在運動目標時陣列輸出信號的數(shù)學模型，并從聲場的角度對此模型進行了分析。給出了陣列接收到運動源輻

2、射噪聲的高精度模擬方法。從理論上論證了要無失真地估計處于主瓣區(qū)域寬帶目標的輻射噪聲，寬帶波束形成器必須具有恒定束寬特征。 2．給出了兩種低旁瓣時域恒定束寬波束形成器(WCBB)的設計方法，即：通過設計低旁瓣期望波束的設計方法和直接優(yōu)化的設計方法，并用仿真實驗檢驗了它們的有效性。利用仿真實例指出了WCBB的子帶設計方法的缺陷，即，無法保證非設計頻率點上具有和設計頻率點上相同的性能。利用湖上實驗說明，使用實測陣元響應設計的WCBB能

3、夠改善波束形成器在實際環(huán)境中的性能。 3．以時域波束輸出無失真為準則，提出了WCBB的時域優(yōu)化設計方法。與子帶設計方法不同，此方法能夠兼顧設計頻段內更多頻率點上的設計要求。設計中引入二維代價因子，通過調整代價因子，可以使設計得到的WCBB在期望的頻率和方向上更滿足設計指標。給出了代價因子的迭代尋優(yōu)算法和加快實現(xiàn)期望旁瓣級的方法。通過設計實例驗證了所提方法的有效性。 4．提出了穩(wěn)健的恒定束寬自適應波束形成方法。此方法通過設

4、計線性約束，一方面使自適應波束形成對目標運動引起的方向矢量失配具有穩(wěn)健性，另一方面使不同頻率上的波束具有恒定束寬特征。通過奇異值分解得到約束矩陣的近似表達，以減小約束的個數(shù)。仿真實驗表明，此方法能夠穩(wěn)健地形成恒定束寬波束，與非數(shù)據(jù)依賴的方法相比具有更強的干擾抑制能力，從而保證了存在強干擾時對運動目標源輻射噪聲的準確獲取。 5．提出了基于頻率不變波束形成(FIB)的穩(wěn)健廣義旁瓣對消器。為了穩(wěn)健地實現(xiàn)對目標信號的阻塞，給出了兩種具有

5、擴展零陷的FIB的設計方法：直接施加線性約束的設計方法和施加虛擬干擾源的設計方法。仿真實驗表明：此方法能夠穩(wěn)健地實現(xiàn)信號阻塞，具有較強的干擾抑制能力，并能夠實時地給出目標輻射噪聲的時間波形。 6. 把語音信號處理中的嵌套陣列波束形成方法與多采樣率信號處理技術相結合，提出了嵌套陣列的多采樣率波束形成方法。在實現(xiàn)中，把子陣設計和變采樣率相結合，使不同子陣的波束形成器使用同一組濾波器系數(shù)而能得到相同的空間濾波特性，以簡化設計和降低信號