浅水多波束测深仪高分辨率波束形成方法研究

常规波束形成技术以其稳健性好、计算量低等特点得到广泛应用,但其空间分辨率受阵元个数限制,不能突破瑞利限。因此,常规波束形成技术应用于高精度浅水多波束测深仪时,存在空间分辨率不足和旁瓣干扰等问题。对比研究了最小方差无失真(MVDR)及多重信号分类(MUSIC)波束形成在浅水多波束测深仪中的应用,给出了浅水多波束测深仪的常规波束形成、MVDR和MUSIC处理方法,并结合能量法和相位法两种底检测测深算法,处理了iBeam8120浅水多波束测深仪外场数据,验证了本文方法的性能。     

强干扰背景下水中微弱信号的垂直阵波束形成研究

针对垂直阵在强干扰背景下采用常规波束形成方法难以估计目标俯仰角的问题,研究了超波束与逆波束形成等方法在垂直阵中的应用。讨论了超波束与逆波束形成原理,仿真分析了其波束图,表明分辨率比常规波束形成有明显提高。实测数据分析表明：超波束方法可以分辨目标与干扰的俯仰角轨迹,对角加载逆波束 MVDR 方法可以获得目标的俯仰角轨迹。研究结果解决了强干扰背景下微弱目标信号俯仰角难以估计的问题,为微弱目标定位提供了新的途径。     

时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法

为实现短数据条件下权向量的稳定优化估计,提出1种时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法。该方法结合时域解析信号的MVDR自适应波束形成算法中构造时域解析信号的方法和直接数据域算法中空间滑动的方法,以减少一半权向量为代价,实现了在更短的数据长度下稳定优化地估计协方差矩阵和权向量。数值仿真实验和海上实验数据处理结果表明:与常规波束形成和直接数据域相比,该方法具有更好的稳定性和更好的波束性能,即主瓣更窄,旁瓣更低,阵增益更高。     

适用于U型阵多波束系统的高分辨底检测算法

在多波束回声声纳系统中,高分辨处理算法例如MUSIC、ESPRIT,被广泛应用于海底地形的测绘。在应用高分辨算法时,一条均匀线阵是必要条件。然而,由于系统覆盖范围/分辨率的需求以及安装空间的限制,在多波束系统中经常会采用特殊形状的接收阵列,这使得高分辨算法无法直接应用。同时回波信号的短时平稳特性使得难以估计出协方差矩阵,这也增加了高分辨算法在多波束系统中的应用难度。本文首先介绍一种基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法,该算法能降低高分辨算法对信噪比、样本点数和计算能力的要求。仿真表明此算法能提供更好的分辨力。接着提出一种将基于多角度子阵波束形成的ESPRIT算法与虚拟阵列变换相结合的高分辨底检测算法,并针对高分辨底检测算法在U型阵上的应用进行了探讨。计算机仿真和试验数据处理结果验证了文章所提高分辨底检测算法的有效性。     

MUSIC算法在矢量水听器阵中的应用研究

文中推导了阵元为矢量水听器时的MU S IC算法。对直线阵情况进行了计算机仿真,结果表明,矢量阵MU-S IC算法与声压阵相比具有更高的方位分辨力。     

作为体积目标的舰船辐射噪声建模

舰船辐射噪声是由舰船上机械运转和舰船运动产生并辐射到水中的噪声,是水下目标探测系统对运动舰船进行探测、识别的基础,亦是扫雷装备需重构的重要物理场信息,具有重要的理论和应用价值。 基于舰船辐射噪声的来源和时频空域特点,将作为体积目标的舰船辐射噪声源简化为 3 个主要噪声辐射源,建立了“三亮点” 的体积目标辐射噪声模型,在保留目标主要特征的基础上,简化了重构算法的复杂性,提高了模型的实用性,可以为实验室目标探测、识别研究和扫雷装备提供较为逼真的目标数据来源。     

MUSIC算法在国产多波束测深仪中的应用研究

针对现有以常规波束形成技术为基础的多波束测深算法中存在空间分辨率不足的问题,将子空间类高分辨算法MUSIC应用到国产多波束测深系统中,探索提高多波束系统空间分辨力的方法。对MUSIC算法原理进行了数学表达式推导和性能分析,并通过计算机仿真、湖上试验数据处理验证了本算法能降低回波到达角度的估计误差,有效地提高了空间方位估计精度,具有实际应用的可行性。     

利用MVDR算法削弱多波束测深声纳的隧道效应

分析了海底多波束测深声纳中存在的隧道效应及其产生机理,指出旁瓣干扰是引起隧道效应的重要因素,隧道效应的出现导致多波束测深声纳把相对平坦的海底误测成凹面向上的水平半圆柱面海底地形。研究了基于GSC结构的自适应波束形成算法,推导提出了MVDR算法的连续自适应实现方案,并利用该算法对多波束测深声纳湖试数据中存在的隧道效应进行处理,结果表明该算法能够有效削弱多波束测深数据边缘波束中存在的旁瓣干扰。     

侧扫声纳和多波束测深系统在海洋调查中的综合应用

介绍了利用多波束进行全覆盖水深测量和利用侧扫声纳进行海底、水体目标的探测技术。综合利用多波束水深数据和侧扫声纳声图，可有效增强不同观测数据的互补性和提高工程质量。     

高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。