文档介绍：西北工业大学硕士学位论文
摘要
随着信息科学和数字技术的飞速发展,声纳设备逐渐向数字化、智能化发
展。波束形成作为声纳信号处理的重要环节之一,其性能的好坏将直接影响到
整个系统,因此开发研制高性能的数字波束形成器就很必要。本文对声纳系统
中的波束形成算法进行了初步的研究,讨论了航空吊放声纳系统的波束形成算
法,重点研究了算法的工程实现问题。
本文的内容主要有
介绍了声纳系统的基本原理、系统组成,然后讨论了有关波束形成的一些基
础知识,对常规的波束形成方法进行了介绍。
, 介绍了适用于航空吊放声纳体积阵系统的波束形成算法,重点阐述了用自适
应方法对波束进行优化的问题,并在此基础上采用了滤波器的方法实现了
算法的工程化,进行了一系列有关的理论仿真。
根据算法的仿真结果以及声纳系统的任务要求,对声纳信号处理机中的波束
形成子模块进行了硬件设计,硬件部分采用了的模块化设计。
然后分析了硬件系统的载荷和可行性,最后详细介绍了各部分功能的实现方法。
进行了波束形成模块的软件设计,包括了系统工作流程、波束形成算法
的程序优化等,并进行了软、硬件调试。最后介绍了用实测数据进行了的程序
的在线仿真。
关键词声纳系统波束形成
西北工业大学硕士学位论文
第一章绪论
第一章绪论
问题的引入
近年来,随着科学技术的高速发展,人类对覆盖地球总面积的海洋的认
识逐渐深化,海洋因其经济上的巨大潜力和战略上的重要地位逐渐被人们所认
同。美国加州海洋研究中心的罗伯逊博士说“海洋的开发对人类带来的利益要
比那些耗资庞大的太空计划实惠得多”。可见,在世纪,人们对海洋资源
的开发和利用将会越来越重视。
众所周知,电磁波是空气中传播信息最重要的载体,例如,通信、广播、电视、
雷达等都是利用电磁波。但是在水中,它几乎没有用武之地。这是因为海水是一
种导电介质,向海洋空间辐射的电磁波会被海水介质本身所屏蔽,它的绝大部分
能量很快地以涡流形式损耗掉了,因而电磁波在海水中的传播受到严重限制。至
于光波,本质上属于更高频率的电磁波,被海水吸收损失的能量更为严重,因此,
它们在海水中都不能有效地传递信息。实验证实,在人们所熟知的各种辐射信号
中,以声波在海水中的传播性能为最佳。正因为如此,人们利用声波在水下可以
相对容易地传播及其在不同介质中传播的性质不同研制出了多种水下测量仪
器、侦察工具和武器装备,即各种“声纳”设备。
声纳是“”一词的音译,它的全称是“
意思是声导航与测距。声纳是利用水下声波判断海洋中物体的存在、位置及类
型的方法和设备。近年来,人们把它的含义进行了推广,以至于只要是用水下
声波作为传播媒体,以达到某种目的的设备和方法都被称之为声纳。由于声纳
是利用水下声波对目标进行探测和定位的设备,因而水面舰艇、潜艇、鱼雷、
水雷、水下暗礁、鱼群及其他能发出声波或产生回波的水下物体,均可作为声
纳的探测目标。所以,声纳在军事上和国民经济中具有广泛的用途。
在军事应用方面,声纳设备从第一次世界大战开始就开始用于水下目标的
探测,定位等,到目前为止,己有将近百年的历史。随着各技术领域方面的飞
速发展,声纳的各种技术和战术指标也得到了明显的提高,作用距离从以前的
几公里达到了现在的十几公里,有的甚至更高,测向和测距精度也有了长足进
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步。
声纳按工作原理分类可分为主动声纳和被动声纳。主动声纳发射某种形式
的声信号,利用信号在水下传播途中障碍物或目标反射的回波来进行探测,由
于目标信息包含在回波信号中,所以可以根据对回波信号的处理来判断目标的
存在,并测量或估计目标的距离、方位、速度等参数被动声纳利用接收到的
目标自身发出的噪声或信号来探测目标,由于它本身不发射声信号,所以隐蔽
性较好。按基阵结构和布设分可分为航空吊放声纳、拖曳式声纳、合成孔径
声纳、全息声纳等等。
吊放声纳起源于本世纪年代末的美国,第一型军用吊放声纳是美国的
型吊放声纳,经过了这么多年的发展,通过不断的采用新技术和元件,
吊放声纳性能不断完善。现在,各国海军都己装备了几十种型号的吊放声纳,
它已经成为航空反潜的主要设备,和其他声纳相比,吊放声纳的有如下的特点
机动灵活,搜索速度快。吊放声纳安装与反潜直升机上,通常直升机的
航速可达,比一般的水面舰艇和高速潜艇要快到倍,所以它可以在
一定的范围内进行高速搜索,如果是多架直升机进行联合搜索,可在很大范围
内实现全面反潜探测。
工作环境低噪声。吊放声纳受载体噪声的影响远比舰载声纳低,虽然它
的基阵尺寸较小,但还是可以获得较大作用距离。
探测深度可变,可以充分利用良好的水文条件。吊