孟洪[1]2002年在《矢量水听器及联合信号处理研究》文中认为随着声隐身技术的发展，水下运动目标的辐射噪声大幅度下降，这对噪声测试技术提出了新的挑战，尤其是低频、远距离探测。拖曳线列阵技术便是解决这一问题的有效途径之一，然而常规拖曳线列阵存在固有的方位分辨左右舷模糊问题。矢量水听器的出现，有望改变这一现状。 矢量水听器是用来测量水下声场矢量的声接收换能器，它由声压水听器与振速传感器(或声压梯度传感器、加速度计、位移计)等以不同方式同心地组合而成。单个小尺度矢量水听器就可具有不随频率变化的“8”字形或心脏形指向性。 本文结合拖曳线列阵左右舷分辨技术专题，通过对多种矢量水听器的测量机理及工作特点的比较，我们选定了基于加速度计与声压组合的悬臂梁式弯曲振动模矢量水听器，作为本课题中矢量线列阵的阵元。利用刚体散射理论分析了其核心部分—加速度计的测量机理；用铁木辛柯悬臂梁理论对加速度计的陶瓷圆管作了弯曲振动应力分析，并由此推导出了加速度灵敏度和声压灵敏度的计算公式；还用瑞利(L.Rayleigh)法近似估算了矢量水听器的固有振动频率。 与矢量水听器相适应，一种新的水声信号处理技术—声压、振速联合信息处理技术应运而生。结合左右舷目标分辨技术，本文还对由声压与振速传感器，以不同方式组合而成的多维矢量水听器及矢量阵进行了联合信息处理研究。包括声压、振速信息预处理；矢量水听器及矢量线列阵、垂直阵的波束形理论研究和仿真研究，由仿真结果得出：由声压与叁维或二维振速传感器组合而成的矢量水听器，无论是沿x轴布放成水平线列阵，还是沿z轴布放成垂直线列阵，用常规波束形成方法即可较准确地分辨左右舷目标。如果没有声压水听器，即使是由叁维振速传感器组合而成的矢量水听器，无论是沿x轴布放成水平线列阵，还是沿z轴布放成垂直线列阵，用常规的波束形成方法都不能准确地分辨左右舷目标等较有意义的结论。 为了将矢量传感器阵与常规标量阵的性能作比较，我们建立了矢量水听器在噪声场中的测量模型，并研究了水平方位无关(旋转对称)、旋转对称且．一 垂直对称、各向同性均匀噪声场等条件下，矢量水听器内部各分量间及矢量 阵各阵元之问的噪声相关结构。选用了指向性＊J和阵增益AG作为衡量标 讹，分忻了单个矢量水听器及矢量线阵的指向性，并对矢量阵的增益作了评 估。 论文最后，我们将本课题研制的矢量水听器布放成匀直线列阵，并对矢 量线列阵和垂直阵在各向同性噪声场中的阵增益作了仿真估计。由仿真结果 得知：矢景线列阵和垂百阵在各向同性噪声场中的阵增益值与信号入射方向 （U休和仰用〕有关，但在大多数方向上，其阵增益值都大于或等于同阵元 数的声压水听器线列阵，也就是说矢量阵比常规声压阵有更高的阵增益。
乔慧[2]2008年在《共振隧穿仿生矢量水听器的测试技术研究》文中指出本文对基于介观压阻效应的共振隧穿仿生矢量水听器的测试技术进行了系统的研究,设计了几种不同的信号提取电路,并将其与相应实验设备和实验方法相结合,验证了矢量水听器敏感单元的机电特性,以及标定出矢量水听器的各项性能参数。从封装前的频率响应、灵敏度和指向性的测试到水下接收灵敏度和指向性,以及水下承压能力的测试,在文中都进行了具体的介绍。对于共振隧穿仿生矢量水听器的测试,首先设计了可实现灵敏度温漂补偿的信号提取电路——匹配电桥测试电路和负阻区峰值、谷值电压检测电路。研究了共振隧穿微结构RTS的负阻区振荡特性,通过静态加压实验验证了共振隧穿量子阱薄膜的压阻效应。经振动台标定和离心机标定,测试出共振隧穿力学敏感验证结构的加速度频率响应、输出灵敏度和线性度,为共振隧穿仿生水听器的研究奠定了基础。在对共振隧穿仿生矢量水听器做了大量的初步定性测试的基础上,测试了矢量水听器的空气中声压灵敏度和指向性,以及水下接收声信号的能力;最后在国防水声一级计量站对该矢量水听器的性能参数进行了校准,并测试了该水听器的水下承压能力。测试结果表明:该矢量水听器具有“8”字型的指向特性和良好的低频灵敏特性,证明了本文提出的测试技术可行有效,在验证了设计机理的基础上,还能够较准确地标定出其水下性能参数,为该矢量水听器的改进和工程应用奠定了基础。
时胜国[3]2006年在《矢量水听器及其在平台上的应用研究》文中提出矢量水听器是由传统的声压水听器和质点振速水听器复合而成，可以同步、共点测量声场空间一点处的声压和质点振速的叁个正交分量，这不仅有助于改善水声系统的性能，而且也拓宽了信号处理空间。矢量水听器具有良好的低频指向性、较强的抑制各向同性噪声能力等诸多优点，也为解决水声问题提供了新的思路和方法。随着矢量水听器技术的日益成熟以及在军事需求牵引下，矢量水听器技术已被广泛地应用于水声各领域，目前成为水声界最为活跃的研究方向之一。但矢量水听器技术是一项新兴技术，其信号处理方法和工程应用的潜力还有待深入研究。本文在回顾矢量水听器技术发展及其工程应用研究的基础上，以矢量水听器在水下作战平台上的应用为研究背景，对同振式矢量水听器的设计理论、弹性悬挂系统的动力学特性以及水下工作平台近场声散射和随机晃动等对矢量水听器测向性能的影响等方面进行了系统、全面的理论和试验研究。本文首先以同振式振速水听器的测量原理为基础，从理论上系统性地分析了同振式矢量水听器的声波接收理论和弹性悬挂系统的动力学特性，建立了矢量水听器理论分析方法；推导了自由运动刚性球体和弹性球体声波接收响应数学表达式，分析了振速水听器几何尺寸、平均密度与其频响特性曲线之间的关系；推导了矢量水听器声压接收响应数学表达式，得到了振速水听器表面上的声压分布规律以及声压水听器的声波接收压力系数与其接收面的大小、质点振速水听器的半径、布放的位置和半径等参数之间的关系。另外，还建立了矢量水听器—弹性悬挂系统受力分析模型，并从理论上分析了系统的谐振频率及其对矢量水听器声波接收响应的幅值和相位影响。本文以水下弹性球壳为研究对象，从理论上研究了弹性球壳近场声散射和声透射对矢量水听器声场测量的影响；推导了平面声波在弹性球壳上近场声散射和声透射的矢量声场数学表达式，计算了不同壳体参数下内充空气弹性球壳声散射和内充水弹性球壳声透射矢量声场对矢量水听器各通道声波接收响应幅值和相位以及各通道接收指向性的影响。理论分析表明：弹性球壳近场声散射对矢量水听器接收声场的影响具有明显的频率特性；而弹性球壳透射声场对矢量水听器接收声场的影响与水听器安装位置密切相关，水听器安装偏差对其声场测量影响比较大。本文针对矢量水听器在水下平台上应用所面临的实际情况，从矢量水听器各通道幅度及相位的不一致性、平台近场声散射和随机晃动等几个方面对矢量水听器目标定向性能的影响进行了系统研究。从理论上分析了矢量水听器各通道幅度及相位不一致性对其目标定向精度的影响；建立了平台近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型，分析了入射声波信号频率和入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响；建立了随机晃动平台运动模型，分析了观测平台随机晃动所引起的测向误差。文中对比分析上述叁种测向误差的影响特点，提出了相应的修正和降低测向误差的方法和措施。通过弹性壳体近场声散射对矢量水听器声场测量和目标定向性能影响的水池试验研究，进一步分析了水下弹性球壳、两端带半球帽柱壳和两端封闭短柱壳近场声散射对矢量水听器声波接收响应的频率特性、接收指向性以及对目标测向性能影响，验证了理论分析结果的正确性，也为矢量水听器下一步的实际工程应用提供了试验基础。
陈阳[4]2009年在《水声阵列信号处理理论及实验研究》文中进行了进一步梳理阵列信号处理在很多应用领域具有重要作用。随着传感器和阵列技术的发展，与之相应的阵列信号处理成为近几十年的热点，受到广泛的关注。本文从阵列信号处理的目标检测、方位分辨和估计的角度，对现有算法做出改进，以提高算法性能。空域匹配滤波是最大信噪比准则下的最优处理器，也是单目标白噪声情况下似然估计的等价处理器。利用最小均方误差准则下的维纳滤波对阵列快拍进行滤波，可以一定程度上抑制噪声。为了在空域进行噪声抵消，利用二阶锥规划实现维纳滤波。对算法进行仿真分析，并在单目标白噪声条件下与最大似然估计(Maximum Likelihood Estlmatlng，MLE)和Bar-tlett波束形成进行比较。空域维纳滤波器的方位估计的信噪比门限要低于MLE，其低信噪比下的检测性能优于Bartlett波束形成，因而是一种良好的波束形成器。最小方差无畸变响应(Mlnlmum、1arlance[)istortionless Response，MvDR)是波束输出能量最小意义上的最优波束形成。对MvDR的约束条件进行分析，将其转换为二阶锥的形式，通过将，J，范数最小条件改为，J。范数最小条件，提出基于，m范数约束的最小方差无畸变响应(，Jmnorm constlraIntMinimumv1ar。lancei)istortionless Response，，lm．MVDR)波束形成器。，lm．MvDR的权向量波束能更好地抑制干扰，因而，lm．MvDR的方位分辨信噪比门限低于MvDR。对比分析MvDR和，l一．MvDR的稳健性，当阵列存在失配时，MvDR和，lm．MvDR的性能受影响，随着失配的增大，，lm．MvDR比MvDR退化要快，因而，lm．MvDR的分辨能力是以损失对失配的稳健性为代价的。将宽带导向最小方差波束形成fSteered Mlnlmumv1arlance，sTMv0算法扩展到矢量阵，并与基于声矢量传感器均匀直线阵的：Bai~tlett、非相干最小方差(ncoheren!，Mlnlmum1arlance，IcMv)和空间重采样相干子空间最优(Spatially Resampled Minimumv1arlance，SRMv)波束形成算法进行比较：分析标量阵与矢量阵指向性、抗左右舷模糊、主波束宽度和旁瓣级、空间欠采样，方位分辨力、相关信号源的分辨能力以及强干扰下的弱目标检测能力。最后利用这几种矢量波束形成算法对叁次海试数据进行了分析。当目标快速运动时，目标方位的改变会引起互谱密度矩阵的模糊，影响波束形成性能。因而，收敛快的sTMv波束形成与收敛慢的IcMv相比，方位谱主瓣更窄，旁瓣更低。为了充分发挥线谱信噪比高的特性，提高叁维方位历程检测线谱目标的能力，提出了频率方差加权波束形成检测器。首先分析了短时傅里叶变换瞬时频率方差估计，给出了它的理论解，并通过Monte car0仿真验证了其正确性。当线谱的谱级信噪比超过一定门限时瞬时频率方差为零。用频率方差对波束能量进行加权，线谱目标方位波束因输出信号的瞬时频率方差较小得到增强，而其他方位波束被抑制，从而有效提高对线谱目标的检测能力。然后通过仿真频率方差加权常规波束形成(varlance of lnst3mtaneous frequencv．conventional Beaanib~"ruing Beamibrmlng，vIF．cBF)和频率方差加权导向最小方差波束形成(v1arlance of instantaneous frequency．Steered Minimumv1arlance BeamIbianlng，vIF．sTMv)，分析了频率方差加权波束形成抑制无线谱强干扰，增强线谱目标的机理。还比较了倒数加权与指数加权的特性。最后海试数据处理验证了本文提出的vIF．sTMv检测器，处理结果表明，vIF．sTMv检测器可以有效的提高线谱目标的检测能力。
姚直象[5]2005年在《单矢量水听器信号处理研究》文中研究说明矢量声场时声波场的重要组成部分,但在相当长的一段时间内没有受到重视,声波的矢量信息却被忽略了。矢量水听器,又称组合传感器由传统的无指向性声压水听器和具有与频率无关的偶极子自然指向性的质点振速水听器组合而成,它可以在空间共点、同时测量声场中的声压(标量场)和振速(矢量场)信息。同时利用声压、振速进行联合信息处理,能够提高信号的检测性能和改善参数估计的精度。因此,矢量水听器相关技术正在成为水声工程领域令人瞩目的研究方向之一。本论文选择单矢量水听器信号处理作为研究对象,讨论单矢量水听器在信号检测和方位估计中的性能,具有一定的理论和工程意义。 论文首先讨论了相干源辐射声场和各向同性噪声场中声压、振速的相关性,前者中声压振速是完全相关的,后者中声压、振速是不相关的,这是声压、振速联合信息处理抗干扰的基础。介绍了单个矢量水听器振速的偶极子指向性,以及声压、振速的组合单边指向性,这种组合单边指向性非常有利于抗方向已知的相干干扰分,推导了各种组合的处理增益。 其次,根据背景干扰和信号样式的不同,提出了单矢量水听器方位估计的4种方法;阐述了这4种方法的原理,并进行了计算机仿真,指出平均声强器方位估计适用于各向同性噪声场背景干扰,讨论了平均声强器的处理增益;目标辐射噪声中有线谱时,线谱方位估计有很好的性能,其中的LOFAR线谱和高频解调得到的DEMON线谱都是目标的特征谱线,可以利用它们进行方位估计,详细讨论了利用特征线谱单个矢量水听器分辨多目标的性能;直方图方位估计能抗强线谱相干干扰;加权直方图方位估计可以抗宽带相干干扰。 论文最后给出了矢量水听器湖试和海试结果,说明了单矢量水听器灵敏度和相位的校准方法;湖试验证了各向同性噪声场声压、振速是不相关的,而相干源信号的声压振速是完全相关的。湖(海)试表明在无相干干扰时平均声强器方位估计和直方图方位估计都有较好的方位估计性能;有强线谱相
王鹏[6]2013年在《基于MEMS矢量水听器阵列的声目标定向定位技术研究》文中认为将MEMS技术应用于水听器的研制是一种新的尝试。由中北大学自主研制的新型MEMS矢量水听器，具有体积小、矢量性、批量制造、一致性好且成本低等优势，其制作工艺和性能日趋成熟，因此研究基于MEMS矢量水听器阵列的声目标定向定位技术对其工程化应用具有重要的意义。本论文系统研究了声矢量阵列信号处理的相关内容，通过数学建模、理论分析、算法仿真和MEMS矢量水听器阵列实验数据的处理等各个方面，测试了所提各种算法的性能，检验了MEMS矢量水听器的工程实用性。论文主要研究成果有：（1）根据盖氏圆盘定理，提出了声矢量阵列的盖氏圆信号源数估计方法（GDE-V）及其修正形式（MGDE-V），给出了判断信号源数的准则，并通过在信号源相干时对协方差矩阵的修正，解决了相干信号源数的判断。仿真实验表明，GDE-V和MGDE-V方法可有效发挥矢量阵列的优势，与传统声压阵列相比，有更强的角度分辨能力，在左右舷声源分辨、相干声源分辨、低信噪比、小快拍数等方面具有更高的分辨概率，同时在相同阵列孔径下能分辨更多的信号源数。（2）通过对声矢量阵列协方差矩阵的重构和引导方位的自适应选取，提出了声矢量阵列的求根MUSIC算法，同时为减少计算量，又提出其实值化形式。理论推导和仿真实验表明，所提算法在低信噪比、小快拍数情况下的估计性能要优于传统声压阵列的求根MUSIC算法。同时在MEMS水听器阵列的湖试实验中进行了应用，准确估计了声源的方位，并成功跟踪了机动船的运行轨迹。（3）提出了声压振速联合处理的MUSIC算法。通过对观测方向的选择，将矢量水听器的振速输出进行投影，以此构成声压振速的互协方差矩阵，并通过特征分解实现声源的DOA估计。仿真实验表明了该算法在各向同性噪声场中具有比传统声压阵列的MUSIC算法更好的估计性能，同时也在MEMS矢量水听器阵列的湖试实验中得到成功应用。（4）结合二维MEMS矢量水听器的特点，分析了各种类型误差对阵列性能影响的表达式，建立了在误差影响下的矢量阵列信号模型，并进一步提出了矢量阵列误差的自校正算法，最后通过仿真实验和MEMS矢量水听器阵列的湖试实验数据进行了验证。（5）为解决非均匀结构矢量阵列的DOA估计，详细推导了四种常见非均匀结构矢量阵列的时延表达式，形成各阵列导向向量，提出了非均匀结构矢量阵列的MUSIC算法，并通过选择各阵列中性能最优的阵元结构设置，统计了各阵列在DOA估计中随信噪比和快拍数变化的成功概率和均方根误差，仿真实验表明，非均匀线阵在低信噪比和小快拍数的情况下具有更高的估计性能。（6）结合MEMS矢量水听器阵列在不同环境中的实验数据，分别从实验数据预处理、环境噪声测量、声压振速相关性、矢量阵阵增益、方位估计等多个方面进行了分析与讨论，验证了文中所提算法的实用性，同时为MEMS矢量水听器的工程应用提供技术支撑。论文主要创新有：（1）提出了矢量阵列信号源数估计的盖氏圆方法，使得矢量阵列在信号源数估计方面的性能得到提升；（2）提出了矢量阵列的Root-MUSIC算法及其实值化形式，使得矢量阵列在提高DOA估计精度的同时，能有效减少计算量，同时在MEMS矢量水听器阵列的实验中得到成功应用；（3）提出了MEMS矢量水听器阵列误差的自校正算法，提高了各类算法的工程实用性。MEMS矢量水听器的工程化应用是一个庞大的系统工程，仍然有大量的工作需要进行研究，真诚的希望本文的研究工作能有助于矢量阵列信号处理技术的深入研究和发展，推动MEMS矢量水听器更广泛的工程化应用。
程彬彬[7]2007年在《基于二维压差式矢量水听器的方位估计研究》文中指出众所周知，声波兼有标量场和矢量场。与传统的声压水听器相比，矢量水听器既能获得声场中的声压这一标量信息，又能获得声场中质点振速这一矢量信息，更多的信息量必然带来矢量水听器更好的信号处理效果。单个的声压水听器由于只能获得声场中的声压这一标量信息，因此不具备指向性，所以不能进行信号方位的估计，而单个矢量水听器由于能够以空间共点、时间同步测量声场中的声压和振速信息，因此具备信号方位估计的能力。本文以二维压差式矢量水听器为研究对象，对单个的二维压差式矢量水听器信号方位估计做了理论推导、计算机仿真和试验数据分析。主要内容如下：1．回顾了矢量水听器及其信号处理技术的发展，对同振型矢量水听器及压差式矢量水听器工作原理进行了介绍，并建立了单个同振型及压差式矢量水听器信号模型，给出了不同组合下的二维矢量水听器波束形成仿真。2．对声场中声压和质点振速之间的相关性做了分析，提出了基于单个二维压差式矢量水听器的多目标分辨算法，该算法有效地利用了平面波声场中声压和质点振速的相关性，在声压及振速分量之间形成一组相关方程，通过对这组相关方程的优化来实现对信号方位角度的估计。文中针对窄带非相关信号、宽带信号和相干信号下的相关方程分别进行了推导。同时对已知干扰方位角度情况下的多目标分辨也给出了推导，其中目标信号包括窄带和宽带非相关信号。3．首次对各向同性白噪声条件下的二维压差式矢量水听器声压和振速之间相关方程处理增益进行了推导和分析，并对不同信号方位角度下的相关方程误差进行了仿真。推导是在窄带信号条件下获得的，但其结果在宽带信号条件下也是成立的。在信号个数较少的情况下，可以根据推导结果选择误差相对较小的相关方程来进行优化求解。4．针对本文声压和振速之间非线性相关方程组，提出运用遗传算法、差异进化算法及混合差异进化算法进行优化求解。对叁种算法基本原理及步骤进行了介绍，并针对本文中要解决的多参数优化问题，对这叁种方法的收敛速度、收敛精度及运算时间进行了比较。5．针对本文所运用的基于解相关方程的信号方位估计方法进行了仿真试验，并运用试验数据对算法进行了验证。仿真以两信号分辨为主，分别对窄带非相关信号、宽带非相关信号和窄带相干信号下的信号方位分辨进行了仿真，同时对多于两目标情况下的方位估计误差进行了仿真。利用西北工业大学航海学院消声水池试验数据得出了矢量水听器在不同频率下的指向性图，并对单个信号源方位估计运用声能流方估计法进行了验证；利用冯家山水库试验数据对两个非相关窄带信号、两个非相关宽带信号以及已知干扰方位条件下的信号方位估计算法进行了验证；利用舟山海试数据对实际中的宽带信号多目标分辨算法和已知干扰方位下的目标方位估计算法进行了验证。
张驰[8]2011年在《多矢量水听器的数据融合技术研究》文中提出矢量水听器及其阵列越来越广泛的应用于水声领域,虽然矢量水听器本身已具有了定向估计的性能,但是其定向精度有限,抗干扰能力较差,为了进一步提高矢量水听器的定向估计精度,本文利用数据融合技术对多矢量水听器及其阵列进行联合处理,从而更大程度上发挥矢量水听器的检测性能,使其发挥更大的作用。本文首先研究了多矢量水听器的决策级融合算法,推导了适用于矢量水听器定向估计的最优加权最小二乘算法,有限窗加权最小二乘算法及自适应加权最小二乘算法,比较了叁种算法的适用范围与特性。由于自适应加权算法同时考虑了水听器自身性能及环境噪声的综合影响,可以更真实地反映矢量水听器的检测性能。同时研究了基于声强流的数据级融合算法,相比较传统的平均声强法,融合声强法利用了更多的声强冗余信息,提高了定向精度。又研究了基于直方图统计法的宽带信号融合算法,结果表明,在信噪比一定的条件下,选取合适的矢量水听器数量可以得到最优的融合效果。其次研究了矢量水听器阵列的决策级融合算法,通过多阵列空间布放位置不同的差异性,将每个阵列的定向估计结果进行融合处理,能够提高阵列在不同入射角度时的定向精度。又通过预方位估计选取不同的参考阵列,将其它阵列的协方差矩阵通过变换矩阵变换到参考阵列的空间坐标上,再对多阵列的协方差矩阵进行加权融合,结果表明,由于数据级融合算法考虑了阵元间的相关性,不但提高了阵列增益,抑制了噪声,并且提高了阵列的定向精度及稳健性。同时探讨了障板条件下矢量阵的定向估计方法,建立了障板条件下矢量水听器的信号处理模型,推导了障板条件下的波束形成算法。分析表明,阵列与刚性障板在满足一定的间距、频率、入射角度条件时,可以得到比自由场中更大的阵增益。最后对松花湖试验数据进行处理,通过对实验结果的分析,在实际应用中,多矢量水听器的融合算法不但能够有效提高定向估计精度,并且可以提高矢量水听器的抗干扰能力。阵列的融合算法可以在一定程度上提高定向精度,消除矢量阵对方位的敏感。
陈斌斌[9]2007年在《基于单个矢量水听器方位估计技术研究》文中提出矢量水听器是由传统的无指向性的声压水听器和具有偶极子指向性的质点振速传感器复合而成的。它可以空间共点同步测量声压和质点振速的各个正交分量，实现目标的全空间无模糊定向。本文从声强和空间滤波两个角度出发，针对单个矢量水听器方位估计的多种常规算法，进行研究与比较。首先简要介绍了几种常用测向算法的抗干扰原理及其定向原理；在立足于声压、振速联合处理的基础上，从空间滤波的角度出发，将声场分解为空间频率分量，从而实现对声源的方位估计；然后推导了DIFAR处理器，讨论了空间分解与声强之间的内在关系，指出有功声强可以由DIFAR处理器的自谱在空间角度上的平均得到，并在此基础上推导了二阶的强度处理器，将Capon方位估计引入单个矢量水听器的方位估计中；最后针对本文中使用的平均声强法无法分辨一个和多个声源的情况，利用空间滤波的Capon方位估计对双目标进行分辨，并进行了仿真。对DIFAR处理器，强度处理器以及Capon方位估计进行了仿真，并与平均声强法相比较，从噪声干扰、积分时间、宽带噪声和窄带噪声等方面对各种方位估计的算法进行比较与讨论，得出结论。
曲文明[10]2011年在《被动定位浮标声学系统电子平台的设计与实现》文中认为被动定位浮标系统旨在利用目标航行噪声对目标进行定位跟踪,该系统包括浮标分系统和船载显控分系统两部分。浮标分系统由若干浮标组成矢量水听器阵,测量水下目标航行噪声方位,将测量数据通过无线电发送至显控分系统；同时,显控分系统监测浮标所在GPS位置,利用浮标分系统上传的数据和浮标GPS位置通过几何交汇原理解算目标位置。论文所论述的声学系统是浮标分系统的一部分。声学系统包括辅电子舱电子平台、信号调理机、信号处理机叁部分,可以同时处理四路信号：矢量水听器两路振速信号、一路声压信号和标量水听器声压信号。辅电子舱将四路信号通过电缆上传至信号调理机,同时,以单片机为核心器件的采集模块采集水听器姿态、入水深度和电池电量信息。信号调理机对信号进行放大、滤波等处理,提高信号信噪比,为后续信号处理做好铺垫。信号处理机采用DSP+FPGA的设计方案,FPGA作为信号处理机的枢纽,实现数据存储、回传、实时传输等功能,并为相关电路提供工作时序；DSP实现目标方位估计算法,采用互谱估计法,利用矢量水听器叁路信号解算目标方位。论文首先介绍辅电子舱电子平台硬件电路设计思想,并对各分支结构作出详细论述,包括压力传感器、方位姿态仪接口设计以及单片机程序设计说明等；然后介绍信号调理机的设计原理,着重对滤波电路和光耦隔离电路做出详细论述,同时调节叁路矢量通道的幅度相位一致性；然后给出信号处理分机的电路结构,并对FPGA外围相关电路加以介绍,着重介绍FPGA程序设计,对各程序模块的实现方法做了详细介绍；最后介绍目标方位估计的实现方法与过程,并通过仿真结果和试验结果论证算法的可靠性和有效性。
参考文献：
[1]. 矢量水听器及联合信号处理研究[D]. 孟洪. 哈尔滨工程大学. 2002
[2]. 共振隧穿仿生矢量水听器的测试技术研究[D]. 乔慧. 中北大学. 2008
[3]. 矢量水听器及其在平台上的应用研究[D]. 时胜国. 哈尔滨工程大学. 2006
[4]. 水声阵列信号处理理论及实验研究[D]. 陈阳. 哈尔滨工程大学. 2009
[5]. 单矢量水听器信号处理研究[D]. 姚直象. 哈尔滨工程大学. 2005
[6]. 基于MEMS矢量水听器阵列的声目标定向定位技术研究[D]. 王鹏. 中北大学. 2013
[7]. 基于二维压差式矢量水听器的方位估计研究[D]. 程彬彬. 西北工业大学. 2007
[8]. 多矢量水听器的数据融合技术研究[D]. 张驰. 哈尔滨工程大学. 2011
[9]. 基于单个矢量水听器方位估计技术研究[D]. 陈斌斌. 哈尔滨工程大学. 2007
[10]. 被动定位浮标声学系统电子平台的设计与实现[D]. 曲文明. 哈尔滨工程大学. 2011
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