三维前视声纳高分辨方位估计研究

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1、哈尔滨_[程大学硕士学位论文摘要三维前视声纳是保证潜器、潜艇在水下安全航行的重要设备。三维前视声纳与一维和二维声纳不同，三维前视声纳可以同时提供障碍物所在的方位、距离和深度的信息。本文围绕目标回波的波达方位估计这一问题进行了几种方位估计方法的研究和讨论。文章回顾了基于FFT的波束形成方法和高频声纳中常用的基带波束形成方法，并提出了基于四阶累积量的矢量阵Bartlett和MUSIC算法。这两种方法利用了四阶累积量的矩阵构造，使阵列孔径得到扩展，从而有效的提高了阵列的空间分辨率。这种方法使阵列的小型化成为可能。论文中给出了仿真的结果和实际数据的处理结果，对该方法的可行性进

2、行了验证。采用空间平滑的方法降低回波信号之间的相关性，来保障目标数目估计的准确度和高分辨率方位估计的精确度。在众多的高分辨方位估计方法中，根据计算量和计算精度的权衡，文中主要介绍和讨论了ESPRIT和CAATI算法。ESPRIT算法有较好的计算精度和稳定性，CAATI算法可以同时估计出目标回波的方位和幅度，但是对信噪比的要求较高。并对上述两种算法进行了湖试数据的处理，试验数据的结果证明，这两种方法同样是可行而有效的。关键词：三维前视声纳；目标方位估计；四阶累积量；ESP砒T；CAATI哈尔滨丁程大学硕十学位论文ABSTRACTThree--dimensionalfor

3、ward·-lookingsonarisanecessaryguaranteeforthesafetyoftheAutonomousUnderwaterVehicles(AUV)andSubmarines．A3Dforward—lookingsonarismoreversatilethanconventional1Dand2Dones，whichCanprovidethedirection，distanceanddepthinformationoftheobstaclesaheadoftheplatform．Thepapermainlydiscussesandrese

4、archesseveralmethodsonthedirection-of-arrival(DOA)estimationofthetargets’echo．FFTbeamformingmethodandtheshiftedsidebandbeamformingmethodarereviewed．TheBartierbeamformerandMUSICmethodbasedonfourth．ordercumulantstothevector-sensorarrayarepresentedforthefirsttime．Themaininterestinusingfour

5、th-·ordercumulantsinsteadofsecond．-orderonesinvector-sensorarrayprocessingapplicationistheapertureextensionpropertyofhigher-ordercumulants，whichmakesitpossibletoincreaseboththeresolutionandthenumberofsourcestobeprocessedfromagivenarray．Thismethodmakesitpossibletominiaturizetheshapeofthe

6、array．Throughcomputersimulationandtrialdata，thismethodiSfeasible．SpacessmoothmethodsareusedtoreducethecorrelationbetweentheechosignalstoensuretheaccuracyoftheestimationoftargetsnumberandhigherresolutionoftheDOAresults．Consideringbothcomplexityandcalculationprecisionofmosthighresolutionm

7、ethods，ESPRITandCAATIalgorithmalemainlyintroducedanddiscussed．Accordingtothecomputersimulation，ESPRITalgorithmhasbothgoodstabilityandprecision，andCAATIalgorithmCangiveboththedirectionandtheamplitudeoftheecho，butitisneedshi曲signal-to—noiseratio．Andthetwoalgorithmsareverifiedtobe