基于四阶累计量的逆波束形成方法研究
被动测向声纳中的波达方向估计研究具有重要的现实意义。其主要问题是在目标源数和信噪比未知的情况下，如何准确的估计信源方位。目前常用的空间谱估计技术大都具有一定的应用局限性，本文期望设计一种能较好地应用于被动测向声纳中的宽容性空间谱估计算法。
论文首先回顾空间谱估计中常用的基于二阶统计量的常规波束形成、逆波束形成及子空间类算法并分析他们的性能，理论分析及仿真表明：逆波束形成较常规波束形成方位分辨力提高1/3，阵增益提高3dB。子空间类算法在信噪比较高的情况下其方位估计性能明显优于线性谱估计类算法，但在信号源数不知的情况下划分子空间是一个较难解决的问题且其方位估计性能受信噪比影响较大，在信噪比较低的情况下其方位估计性能不如逆波束形成。从算法要求的宽容性上来讲，逆波束形成具有较好的适用性。
为进一步提高逆波束形成的方位分辨力，本文提出了一种基于四阶累积量的逆波束形成方法。高阶累积量具有阵列扩展和抑制高斯噪声能力，目前常用的基于四阶累积量的子空间类算法虽然能在一定程度上改善二阶子空间类算法，但其特征值选择问题始终是困扰该算法宽容性的一个主要因素。本文利用四阶累积量矩阵首先对其作Toeplitz平均得到最小冗余阵列协方差矩阵，然后应用逆波束形成技术，使得阵长扩展2倍，并通过滑动平均作低通预处理，在保留功率谱幅值信息和方位分辨力的同时，有效抑制了逆波束形成旁瓣过高所带来的影响。仿真及历史实验数据处理表明：该算法方位分辨力和噪声抑制能力都较二阶线性谱估计方法有很大的提高。
针对目前潜艇声纳的接收阵列多为圆阵，本文将基于四阶累积量的逆波束形成方法应用于圆阵中，通过先相移后Toeplitz平均的方法，对圆阵的不等间隔采样通过去掉冗余元素得到近似等间隔采样，从而将逆波束形成有效应用于圆阵中。
被动测向声纳;常规波束形成;逆波束形成;四阶累积量
中国海洋大学
硕士
声学
宋志杰
2006
中文
O422
63
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）