一类非平稳信号的时域自适应波束形成
波束形成技术是水下目标定位研究中的核心部分，其中自适应波束形成算法的研究有重要意义。现行高分辨算法可以提高宽带被动声纳的目标分辨能力以及信号检测能力，但同时也存在一定的限制条件。最小方差信号无畸变响应(minimum variance distortionless response，MVDR)自适应波束形成算法在低信噪比条件下具有良好的方位估计性能，以及诸多改进算法能够进一步提高其稳定性和宽容性。时域解析MVDR算法(TMVDR)通过引入时域解析信号，实现了利用时域宽带信号进行幅相加权，获得了同频域MVDR方法相同的权向量自由度，在不需作子带分解情况下，大大减小了计算量。在数据短时空平稳条件下，获得稳定收敛解所需要的数据长度远小于频域MVDR方法。
基于TMVDR的特点，本文的研究内容为MVDR自适应波束形成在一类非平稳脉冲信号(单chirp脉冲)领域的应用，利用TMVDR实现单chirp脉冲的自适应高分辨波束形成(CTMVDR)。本文的主要工作包括：(1)分析了CTMVDR可行性，给出了实现CTMVDR的关键是稳定估计阵列优化权向量，而稳定估计优化权向量的条件是稳定估计chirp脉冲信号自相关；(2)通过数值仿真实验对比chirp脉冲信号的常规波束形成、频域波束形成和CTMVDR方法的DOA估计性能，从而说明了CTMVDR的性能特点及优越性。并进一步利用辛格函数精确时延算法，通过对接收时间序列进行非整数点的时延，从而提高了阵列信号的时延精度。最后讨论了chirp信号带宽宽度对CTMVDR性能的影响；(3)设计并组织了湖试实验，实验结果初步验证了CTMVDR方法的可行性和有效性。数值仿真和湖试实验结果表明：i.在采样频率不超过10倍nyquist频率条件下，低于1024个采样点即可稳定估计自适应优化权向量；ii.相比常规波束形成以及频域MVDR方法，CTMVDR方法具有更好的波束响应、DOA估计、阵处理增益和Chirp脉冲信号的时间波形估计性能。
进一步的工作从以下两方面展开，一方面是进一步在实际应用中检验CTMVDR方法，设计组织海上实验；另一方面是尝试将MVDR自适应波束形成方法进一步拓展到其他非平稳脉冲信号。
DOA估计;波束形成;chirp脉冲;精确时延;水下目标定位;非平稳信号
中国海洋大学
硕士
声学
宋志杰
2012
中文
TN911.7
56
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）