【正文】 真模型的比較 ................................................................................ 20 總結(jié) .................................................................................................................................................... 24 致謝 .................................................................................................................................................... 25 參考文獻 ............................................................................................................................................ 26 附錄 1:英文文獻 ............................................................................................................................... 27 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 VII 附錄 2:英文翻譯 ............................................................................................................................... 34 附錄 3 ：程序 ................................................................................................................................... 41 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒論 研究背景 隨 著成像聲吶技術(shù) 發(fā)展，聲成像在各 個 探測領(lǐng)域得到了廣泛 的 應(yīng)用。利用聲圖像 技術(shù) 對目 標(biāo)進行識別已 經(jīng) 成為 了 目標(biāo)探測的 一種主要手段，并有效的應(yīng)用在水下作戰(zhàn)領(lǐng)域，為武器智能化作戰(zhàn)和精確打擊提供 充分的依據(jù) 。 聲成像通過某些 處理方法對 目標(biāo)的聲圖像處理， 進而 形成由主要亮點構(gòu)成的目標(biāo)偽圖像，獲取 了 較為完整的目標(biāo)空間信息和 一些 細(xì)節(jié) 的 描述。較高質(zhì)量的目標(biāo)聲像，能 對 目標(biāo)準(zhǔn) 確 的定位。 已經(jīng)在實際聲納系統(tǒng)中應(yīng)用的方法主要包括聲透鏡、全息成像、波束形成。現(xiàn) 在 又 出現(xiàn) 了 一種嶄新 的 思維模式 ， 我們 可以 把目標(biāo)看成 是 分布式 的目標(biāo)，這樣一來 的話 就有機會 從距離 域上 充分 的 反映出目標(biāo)的幾何形狀及結(jié)構(gòu)特征?；诜植际侥繕?biāo)參數(shù)估計理論，利用均勻線陣列接收目標(biāo)的反射回波，然后 再 運用 一些 相對的 方法 去 解決 ，提取目標(biāo)特 性，進行計算并且 進行 仿真， 對目標(biāo)進行 聲成像，為探測體實施精確探測及定位 展現(xiàn)了 一種全 新 的 方法。 目標(biāo)回波技術(shù)作為目標(biāo)探測的關(guān)鍵技術(shù)之一其回波特性特性除與物體固有的物理屬性（如外在形 狀、尺寸大小、固有材質(zhì)）等因素有關(guān)，還與入射信號的時頻特性、介質(zhì)等綜合因素有著緊密的聯(lián)系。隨著信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展， 對 研究目標(biāo)回波的 辦法 也是層出不窮 。在其他 一些國家 有一部分新發(fā)明 出來 的 水下航行體聲納但利用目標(biāo)亮點回波的時域、頻域特性對 目標(biāo)進行 檢測和識別， 更 加突出 的是 可以 利用目標(biāo) 在 空間方位 中 的 回波分布特性完成 尺度目標(biāo) 的識別，那 就可 以有效地防止那些能夠有效 的模擬回波時頻 域 特性的點源誘餌對水下航行體導(dǎo)引系統(tǒng)的引誘。因此，研究分布式 目 標(biāo)回波 特性的仿真與 識別的辦法，有利于 提升目標(biāo)識別與電子反對抗的性能。 日常情況下 ，模擬尺度目標(biāo)的亮點經(jīng)常會使用不同空間方位的點源靶標(biāo)延時重發(fā)脈沖的方法。與之相似 的 在 國內(nèi)有基于延時應(yīng)答和多普勒 頻移處理的聲納目標(biāo)模擬與應(yīng)答及應(yīng)用于雷達(dá)場合的技術(shù)研究，在此模擬條件下 聲納檢測出來 的 目標(biāo)時方位有著很大的離散性，不方便 對 目標(biāo)尺度的檢測精度。目標(biāo)探測和武器制導(dǎo)主要依賴于聲探測設(shè)備來實現(xiàn)。然而隨著 聲技術(shù)的發(fā)展，迅速發(fā)展 迅速 的還有 對抗和飯對抗技術(shù)對抗和飯對抗技術(shù) ， 還有很多 人工對抗干擾器材在模擬潛艇或潛艇的輻 射噪聲、反射回波、運動狀態(tài)等一系列目標(biāo)特征方面取得了相當(dāng)明顯 的進步 。 現(xiàn)在 軟殺傷和硬殺傷 是主要的對抗手段 ，軟殺傷主要是指依靠施放假目標(biāo)如潛艇模擬器、聲學(xué)靶、干擾器、聲誘餌、氣幕彈等干擾或者誘騙魚雷，使魚雷偏離所要攻擊的目標(biāo)，損失蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 魚雷航程，最后能源耗盡最終無法運行。硬殺傷 主要是指采用一定的裝備來將魚雷摧毀，或者使其喪失戰(zhàn)斗能力 。由于魚雷武器自動檢測、跟蹤、向目標(biāo)導(dǎo)引的能力很大一部分 是 依靠聲學(xué) 的自導(dǎo)，所以 對抗模擬潛艇特性的聲誘餌 才是魚雷目標(biāo)識別真正 的 目標(biāo) 。 目標(biāo)聲成像 研究的歷史和現(xiàn)狀 目標(biāo)識別時在第一次世界大戰(zhàn)末期隨著聲吶技術(shù)、計算機技術(shù)、信息檢測等技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來 的。但是由于涉及到軍事所以各國相對保守保密度也比較高，再加上環(huán)境比較復(fù)雜，這些都影響了該技術(shù)的發(fā)展多以 目標(biāo)識別技術(shù)一直發(fā)展比較緩慢。目前世界各國 軍隊 都特別重視水下目標(biāo)識別技術(shù)的研究也有很多先進的技 術(shù)已經(jīng)用于實踐，美國將目標(biāo)自動識別技術(shù)列為十大關(guān)鍵技術(shù)之一并且為其投入了大量的財力和人力，足見該技術(shù)的重要性和意義。 我國是一個資源大國，國土面積廣闊。當(dāng)然我國也是一個海洋大國，我國領(lǐng)海面積 300萬平方公里海岸線長 萬公里長水產(chǎn)資源十分豐富。為了保護我國的領(lǐng)土完整和海上資源我國對水下目標(biāo)識別技術(shù)的發(fā)展也十分重視。 伴隨著 水下信號處理技術(shù)的不斷 發(fā)展，聲誘餌對魚雷聲自導(dǎo)的發(fā)射信號回波的模擬越來越真實，所以 目前為止 魚雷目標(biāo)識別方法的研究十分 的重要 ，目標(biāo)識別和分類的基本 則是 目標(biāo)特征提取。雖然 聲誘餌等 一系列 的 對抗器材對魚雷聲自導(dǎo)的發(fā)射信號回波等部分特征的模擬越來越真實，但 畢竟是紙上談兵，它 的 尺度信息卻是 模擬 不了的，所以 空間特征是 根本 模擬 不了 的， 于是研究分布式 目標(biāo)回波 聲成像的空間特征提取對分布式 目標(biāo) 的識別技術(shù) 有 著 相當(dāng)重要的 意義。 本文的內(nèi)容安排 本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排如下： 第一章：緒論簡單介紹了 分布式目標(biāo)聲成像 的 研究背景 。 第二章：目標(biāo)回波系統(tǒng)的概述，本章主要介紹了目標(biāo)回波系統(tǒng)的原理以及研究目標(biāo)回波的關(guān)鍵技術(shù)。 第三章：目標(biāo)回波模型原理簡介，本章核心介紹了本文的關(guān) 鍵技術(shù)即線列陣和亮點模型以及其各自的原理發(fā)展?fàn)詈蜎r應(yīng)用前景等。 第四章： 介紹對分布是目標(biāo)的估計方法，并利用該方法進行 matlab 仿真。 本文最后總結(jié)了全文的內(nèi)容，分析了論文中 的不足之處 ，并對 非對稱 分布式目標(biāo)聲成像方法 研究做出一系列 的展望 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 分布式 目標(biāo)聲成像 系統(tǒng)的概述 分布式目標(biāo) 聲成像 特性簡介 分布式 目標(biāo)回波信號是 分布式 目標(biāo)和入射聲波 經(jīng)過 相互作用 之 后產(chǎn)生的，它的影響因素有很多， 不但 和 入射聲波的方向、 分布式 目標(biāo)的運動姿態(tài) 還與 聲源與 分布式 目標(biāo)的相對位置等 一系列因素 有關(guān) ，因此 分布式 目標(biāo)回波 與入射聲波 在一般情況下 存在 著相當(dāng)大 的差異，即使 是 均勻規(guī)則 形狀 的物體，回波與入射波也不 是 相同 的 。在主 動聲納體制下， 聲納與 分布式目標(biāo)距離較近 時 ， 在 聲納發(fā)射高頻聲脈沖 下 ， 分布式 目標(biāo)的尺度特 性 主要 包 含 在 分布式目標(biāo)反射回波中。 在 分布式 目標(biāo)回波中有 分布式 目標(biāo)的三個重要 尺度特征： 分布式 目標(biāo)回波的時間展寬； 分布式 目標(biāo)回波的亮點起伏； 分布式 目標(biāo)回波空間方位分布。 分布式 目標(biāo)的特征信息 包括 分布式 目標(biāo)的位置 情況 ，例如： 分布式 目標(biāo)的距離、方位角、府仰角和徑向速度等，以及 分布式 目標(biāo)自身特征的狀況。 分布式 目標(biāo)位置狀況的參量 通常 用于 測量 目標(biāo)位置 ，而 分布式 目標(biāo) 自己 的特性參量 通常 用 在 目標(biāo)識別 的 途徑 。 研究 分布式 目標(biāo)的回波就必須 研究目標(biāo)的 特性，鏡面反射特性： 對于 分布式 目標(biāo) 結(jié) 構(gòu) 的 不同 ，當(dāng)聲波從正橫方向 射入 的時候 因為它的 曲率半徑 比 聲波的波長 大 ，回波基 大概 都是由鏡反射產(chǎn)生的，這種回波的強度 相當(dāng) 大，與目標(biāo)的尺寸有關(guān)， 所以 能用大球體產(chǎn)生的回波來 替代 它 。 而 這部分在很多 時候都存在， 而且 很強，對回波的貢獻 也是很大 的 ； 對于因為 表面不規(guī)則 而 引起的散射波 ： 由于 表面不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，曲率半徑小于波長，當(dāng)入射波照到 它上面 時，會產(chǎn)生不規(guī)則散射。多數(shù) 分布式 目標(biāo)表面都 有著 這 種 微小 的不規(guī)則散射， 從而 形成的散射波是 經(jīng)過 大量散射中心發(fā)出的散射波 的 集合 。當(dāng) 分布式 目標(biāo)表面上只 存在 少數(shù)具有作用的散射體時，在回波的包絡(luò)上能方便的看出他們形成的亮點 。 目標(biāo)散射原理與截面積 經(jīng)過 理論 上 的 計算和實驗 的 測量 都表示 ，在高頻區(qū)，運動 目標(biāo) 的 電磁散射可以 當(dāng)做 是某些局部位置的電磁散射 的 組合，這些局部性的散射源 一般情況下 叫做 多散射中心，或 者 稱 為多散射中心。 分布式 目標(biāo)散射中心是 分布式 目標(biāo)在高頻區(qū)散射的 特性 之一 。 伴隨著 雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，人們 可以 利用寬帶信號技術(shù) 從而 獲 取 到分布式目標(biāo)散射中心在徑向距 離上的高分辨率， 然后 得到賴以對多散射中心目標(biāo)進行分類的大量信息 ， 按照 一定的識別算法 能 對這些目標(biāo)進行分類。 目標(biāo)回波的強弱主要取決 于目標(biāo) 散射截面積 (Radar Cross Section) （亦稱為雷達(dá)截面積）σ 的大小。對 相對 單一的目標(biāo) 而言 ， σ 能 看成當(dāng)發(fā)生各向同性的散射時 和 接受到的實際 分布蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 式 目標(biāo)產(chǎn)生相同能量回波的 幻想中 攔截面積。雷達(dá)截面積是下列因素的函數(shù)：（ 1）目標(biāo)結(jié)構(gòu)；（ 2）頻率；（ 3）入射場極化形式；（ 4）接受天線極化形式；（ 5）目標(biāo)對于來波方向的角向位置。因此，一般來說， σ 可以表示為 σij(q,F),式中 i 和 j 表示入射場和接受天線的極化方向，而 (q,F)則表示球坐標(biāo)下的視角。通常，運動目標(biāo) 被 雷達(dá)探測的 時 候 ，飛機的前端視向 最受重視 。飛機的雷達(dá)截面積測量值表格中有時給出其前向、尾向和側(cè)面三個數(shù)值。如果截面積 的數(shù)值是在 運動 的狀態(tài)下測 量 得到的，那這個值 則 通常都在某段時間內(nèi)起伏數(shù)值的平均值；否則，就是 特殊 定制的 視向上的靜態(tài)值。 目標(biāo)多散射中心的距離 成 像模型 雷達(dá)日標(biāo)散射 的特性可用一組散射中心類似于以 散射中心 為 基本 的 分布式 目標(biāo)模型表示為： （ 21） 式中， )()( tm? 是對 )(t? 的 m階微分； P 是目標(biāo)上散射中心的個數(shù)； 21,mm 是各散射中心的微分或積分的階數(shù)； pmx 是各散射中心的幅度； pt 各散射中心的時延； 因為 分布式 目標(biāo) 的 時延直接與 分布式 目標(biāo)徑向 的 距離成比例，因此，此“沖擊響應(yīng)”也即目標(biāo)散射中心距離像，對應(yīng) )(tx 的目標(biāo)頻率響應(yīng)為 （ 22） 注意到式（ 21）與式（ 22）中第一部分所斯能夠以的目標(biāo)沖擊沖擊響應(yīng)的細(xì)微差異； 在這通過在時域 中 引入 )(tm? ，對應(yīng)的在頻域表明了 分布式 目標(biāo)上各個 散射中心 伴隨頻率的變化。由此可以推出 ， 分布式目標(biāo)距離像模型能夠 描述 分布式 目標(biāo)各 個散射中心在一維距離上的分布特征，同時夜 比較順利 的反應(yīng)了單個散射中心和 分布式 目標(biāo)作為一個整體的頻率響應(yīng) 的 特性。 分布式 目標(biāo)回波技術(shù) 分布式 目標(biāo)回波 聲成像 是反潛聲自導(dǎo)魚雷檢測、估計和識別的基本依據(jù)。傳統(tǒng)的 分布式目標(biāo) 模型 則 是把 分布式目標(biāo)當(dāng)成 一個球體 的 半徑隨照射角變化的剛性球 , 也就 是 說 目標(biāo)是個單亮點 , 在某 特定 條件下對 分布式目標(biāo)回波模型的簡化。但是 擴展目標(biāo)潛艇進行這樣的簡化 , )()( )(1 21pmppmmm p ttxtx m ?? ? ?? ?? ? ? ?? ???? pp m mm pmpm jwtpejwxw 1 )(21)()()(蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 對 分布式 目標(biāo)回波 的描述是不完善的。為能夠 充分 的 反映 分布式 目標(biāo)體積散布、不同部位反射能力和各部位之間的隱蔽效應(yīng) , 采用了多亮點目標(biāo)回波模型。 這個 模型把 分布式目標(biāo)回波看做是由一些個亮點 組成的反射體