【正文】 ........................................................................................ 24 致謝 .................................................................................................................................................... 25 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 26 附錄 1:英文文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 27 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì) 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(gè) 探測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛 的 應(yīng)用。隨著信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展， 對(duì) 研究目標(biāo)回波的 辦法 也是層出不窮 。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 。 伴隨著 水下信號(hào)處理技術(shù)的不斷 發(fā)展，聲誘餌對(duì)魚雷聲自導(dǎo)的發(fā)射信號(hào)回波的模擬越來越真實(shí)，所以 目前為止 魚雷目標(biāo)識(shí)別方法的研究十分 的重要 ，目標(biāo)識(shí)別和分類的基本 則是 目標(biāo)特征提取。在主 動(dòng)聲納體制下， 聲納與 分布式目標(biāo)距離較近 時(shí) ， 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。 目標(biāo)散射原理與截面積 經(jīng)過 理論 上 的 計(jì)算和實(shí)驗(yàn) 的 測(cè)量 都表示 ，在高頻區(qū)，運(yùn)動(dòng) 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。飛機(jī)的雷達(dá)截面積測(cè)量值表格中有時(shí)給出其前向、尾向和側(cè)面三個(gè)數(shù)值。 這個(gè) 模型把 分布式目標(biāo)回波看做是由一些個(gè)亮點(diǎn) 組成的反射體 , 該 分布式 目標(biāo)回波為各亮點(diǎn)子回波相干 加權(quán)之和 。 目標(biāo)的回波模型開始于點(diǎn)目標(biāo)或有限數(shù)目的多亮點(diǎn)目標(biāo)模型。在點(diǎn)目標(biāo)或多亮點(diǎn)目 標(biāo)模型中，假 定 在 能 觀測(cè) 到 的空間內(nèi)只有 幾個(gè) 空間離散點(diǎn)源，在空間上 屬于 稀疏分布。非常 充分 的 利用 了澡聲和信號(hào)特性 不一的 統(tǒng)計(jì)特性，把水聽器在 一 個(gè)時(shí)刻收到的形態(tài)各異 的 信號(hào)，通過相關(guān)方位 時(shí)間 的 補(bǔ)償 處理 ，然后 通過能量積累， 從而得到輸出能亮最大的方向才是 分布式 目標(biāo)到達(dá)的 最終 方向。接著 ， EXO 公司使用了 新 的 技術(shù)，制造 出 了沒有拖魚的長拖。除了用于接收聲信號(hào)的聲學(xué)模塊之外 ,還必須有若干配套部件：隔振模塊和儀表模塊 隔振模塊是一個(gè)機(jī)械濾波器 ,它把拖纜的可能抖動(dòng)過濾掉 ,盡量降低抖動(dòng)引起的噪聲；儀表 模塊內(nèi)通常包括深度傳感器、溫度傳感器和航向傳感器 ,這些傳感器的信號(hào)傳輸?shù)焦ぷ髌脚_(tái)上之后 ,可以顯示聲學(xué)模塊的姿態(tài)；拖纜有兩方面的作用 ,一是作為機(jī)械的拖拉纜 ,二是用于信號(hào)和電流的傳輸。對(duì) ID 信號(hào)源，信號(hào)空間占據(jù)整個(gè)觀測(cè)空間，噪聲子空間變?yōu)榱阕涌臻g。因?yàn)槭且粋€(gè)點(diǎn)目標(biāo)，入射波在表面激起二次輻射，接收到的二次輻射聲壓為 )2()()()( 2 cRtsR Athtste ???? ? （ 32） ? 是隨方位而變的反射強(qiáng)度。像前面那樣 說的一樣 ， 構(gòu)成分布的 目標(biāo)的反射回波 的 是強(qiáng)反射子回波， 每個(gè) 子回波的時(shí)間位置和實(shí)際可觀測(cè)到 的 量點(diǎn)數(shù)目的確定受攻擊目標(biāo)舷角影響， 大多數(shù)情況下 分布的 目標(biāo)存在 5個(gè)亮點(diǎn)。當(dāng)給定了參數(shù) ? 、 L 、 R 、目標(biāo)中心對(duì)應(yīng)的方位角 0? 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(hào) 模型 圖 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) ir ，再得到時(shí)延 i? 和方位角 i? 。這兩種算法把信號(hào)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(cè)量和校準(zhǔn)。所謂信源子空間，我們是指隨機(jī)過程 qiys ii ,...,1)。假定我們知道 ?R ，比如 qMiRei ??? ? ,...,1, ，那么 qMiSeaeL iHi ???? ?? ,...,1)(? （ 417） 上述矢量屬于 S 的正交補(bǔ)空間，正交于 S 中的任一向量 ?? ?2/ 2/ * 0)()(?? ??? dsea iH 任意 Ss ?)(? ，而且 qMi ?? ,...,1 （ 418） 即 ?? ???2/ 2/ 0)()()(?? ???? iiHjiH eyadyea 對(duì)于 qjqMi ,...,1,...,1 ??? （ 419） 定義 ],...,[ 1 qMn eeE ?? ，我們有 0)( ?niH Eya , 對(duì)于 qj ,...,1? （ 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(cè)器”， 2)( 1)()( 1)(nHHnnHM U S I C EyayaEEyayP ?? （ 421） 這里 ??? ,y 為待估參數(shù)集合。()( 22/2/ * ??????? ???? ??? dysEaE iinH （ 425） ? ?? ?2/ 2/ 39。 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 。其實(shí) Toeplitz 用來解相關(guān)時(shí)有三種途徑 , 其一是相位Toeplitz 方法 ,其二是幅度 Toeplitz 方法 ,在這里用到的是幅度和相位同時(shí) Toeplitz 化。 利用方向 矢量和加權(quán)后噪聲子空間的正交性 ,即 0)( ?iiHn bU ? [16],可以得出 DOA估計(jì)方法的多維譜峰搜索法 : )(??)( 1)( ??? bUUbf HnnH? （ 435） 這里假定分布式目標(biāo)信號(hào)源的角信號(hào)分布函數(shù)形式已知 ,具體表達(dá)式由未知參數(shù) i? 決定 ,i? 為含有多個(gè)參數(shù)的矢量。 第 5 章 MATLAB 程序仿真 MATLAB 概述 MATLAB是由美國 mathworks[18]公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式 程序設(shè)計(jì) 的高科技計(jì)算環(huán)境。 MATLAB 語言的產(chǎn)生是與數(shù)學(xué)計(jì)算緊密聯(lián)系在一起的。在研究單位和工業(yè)界， MATLAB 也成為工程師們必須掌握的一種工具，被認(rèn)為做進(jìn)行高效研究與開發(fā)的首選軟件工具。 MATLAB 既是一門高級(jí)編程語言，又是一個(gè)功能超級(jí)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(jí)編程語言，可以說它是“第四代”計(jì)算機(jī)語言。在新的蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++， JAVA 的支持。( yg? 對(duì)于 所有信源來講都是一樣的。為了解決這一問題 ,考慮到特征值的作用 , 在此對(duì)于噪聲子空間的重新定義為加權(quán)噪聲子空間 ,如下 : )1,...,1,1(2211 MMn VVVU ???? （ 434） 其中 M??? ,..., 21 為修正協(xié)方差矩陣奇異值分解后的各個(gè)奇異值 ,此式表明噪聲子空間的構(gòu)成用到了全部奇異值及對(duì)應(yīng)的奇異向量 ,相干信號(hào)導(dǎo)致的結(jié)果是信號(hào)子空間擴(kuò)散到噪聲子空間 ,用整個(gè)子空間的加權(quán)來構(gòu)造噪聲子空間可以充分利用所用的信息。但是當(dāng)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)入射進(jìn)入陣列并且目標(biāo)信 號(hào)相干時(shí) ,矩陣將不再是 Toeplitz矩陣 ,并且由于目標(biāo)源之間相干 ,導(dǎo)致 xR 的秩虧損 ,從而可能導(dǎo)致目標(biāo)漏報(bào)。,()()( ?? ?????? ddaypayH Hi為矩陣陣列流形。( qiys ii ?? 的實(shí)現(xiàn)都成立 既然 )。( iiii yys ?? ???? （ 415） 這里 i? 為第 i 個(gè)信號(hào)的隨機(jī)復(fù)包絡(luò)，那么，點(diǎn)目標(biāo)情形時(shí)的信源子空間為 ? ?)() , . . . ,( 1 qyyS p a nS ??? ???? （ 416） 對(duì) ? ?)() , . . . ,( 1 qyySpan ?? ???? [13]進(jìn)行線性運(yùn)算 L 得到信號(hào)子空間 恰好符合點(diǎn)目標(biāo)時(shí)的信號(hào)子空間的一般定義。對(duì)于固定的參數(shù)矢量 iy ，角密度函數(shù) )。 基于子空間的 DSPE 參數(shù)估計(jì)方法 子空間方法是陣列信號(hào)處理中的重要方法，不僅適用于點(diǎn)信號(hào)源的情形，而且還可以推廣到分布式信號(hào)源參數(shù)估計(jì)。 0?RO ，其中 0? 是目標(biāo)方位角， R 是到觀測(cè)點(diǎn)的距離，敵舷角為 ? ，目標(biāo)長度為 L 。超寬帶窄脈沖 的分辨率高，用它作為魚雷發(fā)射信號(hào)時(shí)，從目標(biāo)回波中可容易分辨出多亮點(diǎn)。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 )2(2 kRwtjr eRAp ?? ? （ 31） 這里 ?是角頻率， k 是波數(shù)， A 是發(fā)射信號(hào)的幅度。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。 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(hào)，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(hào)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(cè)和相關(guān)參數(shù)估計(jì)； （ 5） 顯示 控制系統(tǒng)顯示信號(hào)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(chǔ)線列陣接收的數(shù)據(jù)。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(hào)為 AN18。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(cè)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 。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。前者在目標(biāo)上有 著 相對(duì) 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。但是 擴(kuò)展目標(biāo)潛艇進(jìn)行這樣的簡化 , )()( )(1 21pmppmmm p ttxtx m ?? ? ?? ?? ? ? ?? ???? pp m mm pmpm jwtpe