低空目標聲測無源定向理論與算法研究.pdf

1、由于武裝直升機等低空目標位于雷達探測的盲區(qū)活動，近年來采用聲學探測方法受到了重視。低空目標無源定向是低空目標無源聲探測系統(tǒng)研究中的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文根據(jù)低空目標無源聲定向的研究現(xiàn)狀、存在的主要問題，對目前該領(lǐng)域的研究方法進行改進和完善的同時，在低空目標聲測無源定向的新理論和新算法方面進行了深入研究。主要研究內(nèi)容與成果如下： 1.研究了目標聲源和聲場特性。分析了低空目標聲源的產(chǎn)生機理、目標輻射噪聲在大氣中的傳播特性以及影響其傳播的

2、幾個主要因素。對實測的直升機輻射噪聲數(shù)據(jù)進行了分析，獲得了目標輻射噪聲譜特性。 2.研究了基于時延估計的低空目標聲測無源定位理論與算法。針對廣泛采用的平面四元十字陣定位方法存在的固有缺點，提出了基于五元十字陣的低空目標聲測無源定位算法。推導了五元十字陣目標定位方程，分析了影響五元十字陣目標定位精度的主要因素，研究了時延估計誤差、有效聲速誤差以及陣尺寸測量誤差等對目標定位精度的影響，并分別進行了理論分析和數(shù)值計算。 3.結(jié)

3、合低空目標無源聲定向問題，主要研究了基于頻域自適應濾波的時延估計算法和基于雙譜的時延估計算法。(1)分析了頻域自適應時延估計算法的性能，推導了算法收斂的條件，揭示了算法達到穩(wěn)態(tài)解時的本質(zhì)。(2)提出了基于維納加權(quán)的頻域自適應時延估計算法，對算法的性能進行了理論分析。為改善低信噪比時的時延估計性能，提出了一種改進算法性能的方法。采用實測的直升機輻射噪聲數(shù)據(jù)進行了仿真，分別在靜態(tài)時延和動態(tài)時延情況下驗證了算法的有效性。(3)研究了基于雙譜的

4、時延估計算法，提出了基于雙譜切片的最小二乘時延估計算法。實測直升機輻射噪聲數(shù)據(jù)的仿真表明，對于不相關(guān)和相關(guān)高斯噪聲背景，該方法的性能均優(yōu)于基于雙譜的時延估計算法，并且計算復雜度也小于基于雙譜的時延估計算法。 4.首次深入研究了基于壓差式矢量傳感器的低空目標聲測無源定向理論與算法，為小尺寸基陣和低頻條件下實現(xiàn)對低空目標的精確定向提供了一種新的技術(shù)途徑。(1)提出了基于二維壓差式矢量傳感器的低空目標聲測無源定向算法。給出了算法的工程

5、實現(xiàn)途徑，從理論上分析了聲場計算誤差、通道幅度和相位不一致性等因素對算法性能的影響。采用實測的直升機輻射噪聲數(shù)據(jù)對算法進行了數(shù)值計算和分析，分別研究了傳感器尺寸、積分時間和信噪比與目標定向精度的關(guān)系，給出了該定向方法的系統(tǒng)最佳設計參數(shù)。分析了通道相位幅度不一致性對目標定向性能的影響。與基于時延估計的無源聲定向方法的性能比較表明，在相同的小尺寸陣條件下，該方法優(yōu)于基于時延估計的定向方法。(2)提出了基于三維壓差式矢量傳感器復聲強測量的低空

6、目標二維波達方向估計算法。分析了由聲場計算誤差引起的算法對目標方位角和俯仰角估計精度的影響。采用實測直升機輻射噪聲數(shù)據(jù)對算法進行了數(shù)值計算與分析，研究了傳感器尺寸、積分時間以及信噪比與目標方位角和俯仰角估計精度的關(guān)系，給出了目標定向系統(tǒng)的最佳設計參數(shù)。分析了通道相位幅度不一致性對目標方位角和俯仰角估計精度的影響。分析表明，在相同的小尺寸陣條件下，該方法可實現(xiàn)高精度的目標二維角度估計，而基于時延估計的無源聲定向方法不能滿足目標定向精度的要

7、求。 5.研究了基于聲矢量傳感器陣的寬帶無源定向理論與算法。(1)提出了基于矢量傳感器陣的寬帶相干信號子空間最優(yōu)波束形成算法。建立了矢量傳感器陣的寬帶陣列信號模型。首次將寬帶聚焦思想引入到了矢量傳感器陣寬帶處理，證明了矢量傳感器陣與聲壓傳感器陣寬帶聚焦矩陣之間的關(guān)系，為矢量傳感器陣寬帶聚焦矩陣的構(gòu)造提供了一種方法。推導了基于矢量傳感器陣的寬帶最優(yōu)波束形成的空間譜，通過仿真驗證了矢量傳感器陣寬帶處理具有更為優(yōu)越的性能。分別分析了陣