【正文】 on UniversityOf Singapare for the Degree of Master,1991.[12]范軍，朱蓓麗，[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，2001, 26( 6): 545 550[13][J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，1994, 19 ( 2):92一100附錄1:英文文獻(xiàn)Research of a Kind of Target Echo Signals Simulator For Sonar Yang Shulian1,2 (1. shandong Institute of Business andechnology,Yantai,264005China) (2. Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai,264001 China) Abstract A simulator of target echo signal for active and passive sonar has been developed which based on practical needs, and it can generate electronic and acoustic signals including passive or active sonar signal, target radiated noise,sea clutter and reverberation signals for passive or active sonar test. The simulator can realize the test of sonar39。鄭老師雖然外表看起來憨憨的，但那只是表面而已。致謝 大學(xué)期間的最后一個(gè)課程設(shè)計(jì)馬上結(jié)束，意味著我的學(xué)生生涯到此為止。如何判斷前方事物的形狀特點(diǎn)，是否有無攻擊性，是否有無生命特征等等都需要通過某種方法對其進(jìn)行分析，先對形狀進(jìn)行估計(jì)，得到一個(gè)大概的形狀范圍才能進(jìn)而對下面的估計(jì)判斷提供依據(jù)。分布式目標(biāo)聲成像是一項(xiàng)重要研究，現(xiàn)提出了一種利用均勻線列陣對相干分布式目標(biāo)進(jìn)行聲成像的新方法，該方法可以估計(jì)出亮點(diǎn)的參數(shù)信息，形成圖像，為目標(biāo)聲成像提供了技術(shù)支持。 M=6時(shí)，方差方位估計(jì)譜圖，方差方位估計(jì)譜圖。 M=8時(shí)，方差方位估計(jì)譜圖，方差方位估計(jì)譜圖。 M=10時(shí)，方差方位估計(jì)譜圖，方差方位估計(jì)譜圖。 M=12時(shí)，方差方位估計(jì)譜圖 ，方差方位估計(jì)譜圖。橫坐標(biāo)為角度，縱坐標(biāo)為方差，豎坐標(biāo)為譜峰高度。程序仿真圖： 仿真波形圖 。MATLAB既是一門高級編程語言，又是一個(gè)功能超級強(qiáng)大的計(jì)算軟件，經(jīng)過30多年的研究與不斷完善，現(xiàn)已成為國際上最為流行的科學(xué)計(jì)算與工程計(jì)算軟件工具之一，現(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)不僅僅是一個(gè)最初的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，它已發(fā)展成為一種具有廣泛應(yīng)用前景、全新的計(jì)算機(jī)高級編程語言，可以說它是“第四代”計(jì)算機(jī)語言。這個(gè)程序獲得了很大的成功，受到學(xué)生的廣泛歡迎。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并稱為四大數(shù)學(xué)軟件。除此之外，在構(gòu)造DSPE譜時(shí)，我們假定確定性角密度函數(shù)對于所有信源來講都是一樣的。根據(jù)式（）,由二維參數(shù)譜峰搜索可以得出分布式目標(biāo)的DOA。一般情況下,由矩陣方向矢量及噪聲子空間的正交性導(dǎo)出的MUSIC類方法用到的噪聲子空間是由特征向量張成的子空間,并未考慮特征值在其中的影響,這樣做的前提必須是對于目標(biāo)源的個(gè)數(shù)估計(jì)十分準(zhǔn)確的前提下,如果對于目標(biāo)源的先驗(yàn)知識不足,或者說估計(jì)的不夠準(zhǔn)確,則此類方法往往不能做到準(zhǔn)確估計(jì)每一個(gè)源的方位。此矩陣可以理解為將采樣數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行時(shí)間平均和空間平均后的數(shù)據(jù)矩陣。由可以得出,觀測數(shù)據(jù)矢量的協(xié)方差矩陣： (432)其中為觀測數(shù)據(jù)長度,在目標(biāo)源之間不相干的情況下,均勻線列陣信號的協(xié)方差矩陣是Toeplitz[14]矩陣,矩陣的秩等于目標(biāo)源個(gè)數(shù),通過對特征分解后的子空間的分析,利用方向矢量與噪聲子空間的正交特性來構(gòu)造算法的空間譜,由譜峰的位置求出目標(biāo)方位。 相干分布源的方位估計(jì)方法 分布式目標(biāo)可以看作一些滿足一定分布規(guī)律的散射點(diǎn)的集合,這些散射點(diǎn)之間有所聯(lián)系,所以和空間中的多目標(biāo)是有所區(qū)別的。假定我們知道，比如，那么 （417）上述矢量屬于的正交補(bǔ)空間，正交于中的任一向量 任意，而且 （418）即 對于 （419）定義，我們有 , 對于 （420）MUSIC算法估計(jì)多個(gè)點(diǎn)源的DOA是通過最大化下面的“頻率探測器”， （421）這里為待估參數(shù)集合。繼而，我們推廣該理論。根據(jù)定義，的逆運(yùn)算滿足： （48） （49） 我們有： （410）則 （411）首先，我們信號子空間和噪聲子空間的概念推廣到分布式目標(biāo)。這兩種算法把信號子空間和噪聲子空間的概念推廣到分布式信源，實(shí)質(zhì)上是MUSIC類算法，因而需要陣列流形的測量和校準(zhǔn)。 在點(diǎn)目標(biāo)估計(jì)中，因?yàn)橹魂P(guān)心分布的目標(biāo)的位置，即需要求出的參數(shù)只有一個(gè)，MUSIC算法利用接收數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣特征分解后的噪聲子空間和信號子空間的正交特性，將方位估計(jì)轉(zhuǎn)化為對目標(biāo)方位角的搜索，對應(yīng)的譜峰位置即目標(biāo)的方位角。當(dāng)給定了參數(shù)、目標(biāo)中心對應(yīng)的方位角和亮點(diǎn)分布后，就可由幾何關(guān)系求得各亮點(diǎn)的時(shí)延和方位角，從而給出目標(biāo)多亮點(diǎn)的回波信號模型 多亮點(diǎn)模型的集合圖假定有N個(gè)亮點(diǎn)等間隔分布在長度為L的目標(biāo)上，根據(jù)尺度目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)及所建立的坐標(biāo)系，可解得亮點(diǎn)距離參數(shù)，再得到時(shí)延和方位角。分布的目標(biāo)的縱向尺寸比于橫向尺寸要大得多，水平上的多亮點(diǎn)能夠被分辨出來，水平的多量點(diǎn)模型是屬于魚雷反對抗模型中的一種。超寬帶窄脈沖的分辨率高，用它作為魚雷發(fā)射信號時(shí)，從目標(biāo)回波中可容易分辨出多亮點(diǎn)。設(shè)發(fā)射信號為，目標(biāo)脈沖響應(yīng)為沖激，即，則回波為 （33）式中，是反射強(qiáng)度，R是魚雷與目標(biāo)的距離，c是聲波的傳播速度。從聲學(xué)角度看，發(fā)出的聲波可看成球面波，假設(shè)傳播介質(zhì)是無限均勻介質(zhì)，目標(biāo)的距離為R，則目標(biāo)表面的入射聲波為 （31）這里是角頻率，是波數(shù)，A是發(fā)射信號的幅度。 等提出了信號子空間有效維數(shù)的概念，它實(shí)質(zhì)上也就是相關(guān)矩陣的大特征值個(gè)數(shù)。體目標(biāo)回波的短時(shí)方位基本上隨時(shí)間呈線性變化，即目標(biāo)的空間方位發(fā)生了方位擴(kuò)展。從入射的距離區(qū)分可以把它為遠(yuǎn)長場和近場，在遠(yuǎn)場的情況下分布式目標(biāo)能夠看成亮點(diǎn)；但是如果從能量的角度來看的話，亮點(diǎn)對回波有很大的奉獻(xiàn)，而另外那些漫反射對回波的影響可以不予考慮。 如果按工作方式分，可以將它分成兩類,被動(dòng)式和主動(dòng)聯(lián)合式，通常情況下安裝在潛艇上的只是被動(dòng)式聲納，被動(dòng)式拖曳線列陣聲納一般情況下可以由一下這些組成： （1）線列陣:接收目標(biāo)的輻射噪聲和目標(biāo)回波信號，由若干個(gè)水聽器按照一定的間距布放，并采取隔振措施,配備用于水下姿態(tài)監(jiān)視的傳感器模塊； （2）拖曳收放系統(tǒng)拖曳布放和回收線列陣,包括拖纜和絞車； （3）深度航向監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視線列陣在水下的深度和航向信息，以便得到水聽器陣列的姿態(tài)； （4）信號處理系統(tǒng):處理線列陣接收的各種信息，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測和相關(guān)參數(shù)估計(jì)； （5）顯示控制系統(tǒng)顯示信號處理系統(tǒng)的輸出結(jié)果，與其它系統(tǒng)進(jìn)行信息交換,并將控制命令下發(fā)給有關(guān)系統(tǒng)； （6）數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng):存儲線列陣接收的數(shù)據(jù)。在拖曳double線列陣聲納出現(xiàn)使，single線列陣遇到了很多關(guān)于信號處理方面的問題，自從拖線double列陣聲納問世，類似的問題依舊還是聲納重中之重的研究，而且伴著戰(zhàn)術(shù)區(qū)域從深海到淺海的轉(zhuǎn)移，安靜型潛艇橫空出世，拖曳式線列陣探測弱目標(biāo)信號有了更加嚴(yán)格的性能要求。就在這時(shí)，全新的戰(zhàn)術(shù)拉扯式聲納由EXO公司開發(fā)出，型號為AN18。歷經(jīng)了90多年的演變，拉扯線列陣聲納的孔徑從4倍波長發(fā)生到超過100倍波長，動(dòng)態(tài)范圍從60dB增加到120dB。這些年以來，伴著造船技術(shù)有著長足的進(jìn)步，安靜型潛艇輻射澡聲改變的已經(jīng)非常低了，要想探測到低頻澡聲線譜，越來越長的線列陣被創(chuàng)造，隨之而來的陣元數(shù)也日益增多，線列陣聲納技術(shù)的發(fā)展也得到了長足的進(jìn)步。而且不能同分布源的能量擴(kuò)展在觀測空間中經(jīng)常有著重疊，使得分布源信號在空間中不能夠滿足稀疏分布的特點(diǎn)。用面元法分析連續(xù)散射型目標(biāo)回波的最大障礙在于難于得到復(fù)雜形狀目標(biāo)回波的解析解，如果采用數(shù)值計(jì)算，則計(jì)算量通常很大。隨研究的深入，單一點(diǎn)目標(biāo)亦或是多亮點(diǎn)分布式目標(biāo)模型在相當(dāng)多的場合下很難準(zhǔn)確的描述有關(guān)目標(biāo)的特性，考察者們只能試采用更復(fù)雜的信號模型。前者在目標(biāo)上有著相對固定的位置, 它的目標(biāo)強(qiáng)度是入射聲波的照射角和俯仰角的函數(shù),它主要是由分布式目標(biāo)的幾何形狀決定。經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)證明,在高頻的情況下, 任一分布式目標(biāo)回波都是由若干個(gè)子回波加權(quán)相加而成的, 每個(gè)子回波都被看做是從某一個(gè)散射點(diǎn)發(fā)出的, 這個(gè)散射點(diǎn)就是亮點(diǎn)。但是擴(kuò)展目標(biāo)潛艇進(jìn)行這樣的簡化, 對分布式目標(biāo)回波的描述是不完善的。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，是對的m階微分； P是目標(biāo)上散射中心的個(gè)數(shù)； 是各散射中心的微分或積分的階數(shù)； 是各散射中心的幅度； 各散射中心的時(shí)延； 因?yàn)榉植际侥繕?biāo)的時(shí)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)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(shí)域中引入，對應(yīng)的在頻域表明了分布式目標(biāo)上各個(gè)散射中心伴隨頻率的變化。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。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(jìn)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(jìn)行分類。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。 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。 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。 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。當(dāng)然我國也是一個(gè)海洋大國。 目標(biāo)識別時(shí)在第一次世界大戰(zhàn)末期隨著聲吶技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息檢測等技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。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(yùn)動(dòng)狀態(tài)等一系列目標(biāo)特征方面取得了相當(dāng)明顯的進(jìn)步。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。基于分布式目標(biāo)參數(shù)估計(jì)理論，利用均勻線陣列接收目標(biāo)的反射回波，然后再運(yùn)用一些相對的方法去解決，提取目標(biāo)特性，進(jìn)行計(jì)算并且進(jìn)行仿真，對目標(biāo)進(jìn)行聲成像，為探測體實(shí)施精確探測及定位展現(xiàn)了一種全新的方法。聲成像通過某些處理方法對目標(biāo)的聲圖像處理，進(jìn)而形成由主要亮點(diǎn)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。關(guān)鍵詞：分布式目標(biāo)；DSPE；Matlab仿真Abstract This paper discusses the theory and method of target acoustic imaging based on the coherent distributed sources model．Considering the need of underwater distributed source imaging，acoherent echo model is created by analyzing the unique features of targets and then the DSPE method of distributed