水下环境信息识别与传输技术研究

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1、硕士学位论文水下环境信息识别与传输技术研究RESEARCHONUNDERWATERENVIRONMENTINFORMATIONRECOGNITIONANDTRANSMISSIONTECHNOLOGY程德帅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：U666.7学校代码：10213国际图书分类号：629.5密级：公开工学硕士学位论文水下环境信息识别与传输技术研究硕士研究生：程德帅导师：王大政教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:U666.7U.D.C:629.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONUNDERWATERENVIRONMENTINFORMATIONRECOGNITIONANDTRANSMISSIONTECHNOLOGYCandidate：ChengDeshuaiSupervisor：Prof.WangDazhengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Naval

3、ArchitectureandOceanEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitecture&OceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近几十年来，水声探测技术对我国军事和民用领域方面的影响变得越来越大，运动目标探测作为水声领域的重要分支，目前的发展仍然存在一定的局限性。本课题主要研究对水下

4、环境中的近距离目标进行测速、测距和测向的方法。探测信号采用混调频水声信号并结合分数阶傅里叶变换和阵列信号处理技术对回波进行信号处理。本文首先对水下环境的基本状况进行分析，研究声波信号在水声信道传播过程中的背景噪声干扰、多普勒效应。通过理论分析线性调频信号的特性，推广得到混调频信号这种新型的探测信号，并对信号性质及探测性能进行研究。其次，对分数阶傅立叶变换的原理进行研究，并基于研究线性调频信号分数阶傅里叶变换的基础上，对混调频信号的分数阶傅里叶变换性质进行研究，得出其最佳分数阶变换阶次，并利用最佳阶次进行推导计算得到

5、回波信号的调频率参数和尺度变换因子，然后根据多普勒效应的原理，可以对水下运动目标进行速度参数估计。接着根据混调频信号在分数阶傅里叶变换域内会形成冲激的特点，提出利用回波信号在最佳分数阶傅里叶变换阶次下对应的分数阶域的聚焦点坐标对运动目标距离参数进行估计的方法。最后，对运动目标进行方位角度估计主要利用分数阶傅里叶变换对回波信号进行处理并滤波分离，再对分离后的带有目标方位信息的信号进行基于MUSIC（MultipleSignalClassification）算法的DOA（DirectionofArrival）估计，就可

6、以得到回波信号的入射角，从而确定目标所处的方位。本文在利用混调频信号对水下近距离运动目标进行测速、测距和测向方法的研究基础上，提出回波信号最佳分数阶变换阶次分段区间搜索的方法，并进一步完成了对单个和多个目标进行测速和测距的方法验证。同时结合上述算法对混调频回波信号进行DOA估计处理，完成了多目标的回波入射角估计方法验证。最后结合水下运动目标参数估计方法进行水声探测系统的方案设计。关键词：水下探测；参数估计；混调频信号；分数阶傅立叶变换-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentdecades

7、,theimpactofunderwateracousticdetectiontechnologyinthefieldofmilitaryandcivilianaspectsinChinaisgettingbiggerandbigger.However,asaninportantbranchinthefieldofunderwateracoustic,thedevelopmentofthetechnologystillhaslimitations.Thisthesisfocusesonthefindingstudy

8、methodsofspeed,distanceanddirectionofcloseunderwaterenvironmenttargets.MixedfrequencymodulatedsignalisusedasdetectionsignalandtheechosignalprocessingiscombinedwithfractionalFourier