文档介绍：西北工止大学硕士学位奋文
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第一章崎言
第一章绪言
波束形成是对多传感器阵列接收到的数据在空间上增强信号、抵消噪声和千
扰的处理过程,是阵列信号处理的一个重要研究内容。它在充分利用阵列的先验
知识〔如阵形,阵元特性等的基础上,融合各阵元接收的数据,提取关于信号
场的有用信息。为了提高接收信号的信噪比以提高对目标的检测和定位能力,波
束形成被广泛地应用于声纳、雷达、地震探测、医学成像等多种军事和民用领域,
一直是人们研究的热点。
早在年,美国电子与电气工程师协会
第一本阵列信号处理专辑出版后,大量的讨论专辑和研究
论文,以及阵列信号处理相关的专著相继问世年,又推出
了阵处理领域的综述性文章,详细总结了阵列信号处理在三十余年中的发展,
并展望了值得研究的若千方面。在阵列信号处理中,从传感器把不同形式的信号
转换为电信号开始,完成对某一方向信号的增强及对其它方向千扰的抑制完成
对多个信号的检测或分辨实现对目标方位的估计等功能。这些功能的实现,传
统上需要依靠波束形成。
本文主要研究了阵列信号处理中的时域宽带波束形成方法,并把它应用在宽
带源的高分辨方位估计中。本章就本文研究的背景和意义、所研究问题的历史和
现状,以及本文的主要工作等做一简要介绍。
本文研究的背景和意义
随着以战略核潜艇为代表的安静型潜艇的出现,迫切要求声呐系统提高对微
弱目标的检测、定位、分类和跟踪的能力,目前很多国家都投入了很大的研究力
量。鉴于宽带信号具有目标回波携带的信息量大、混响背景相关性弱,有利于目
标检测、参量估计和目标特征提取等特点,从而采用宽带信号处理成为解决上述
问题的有效途径之一。
经典的宽带波束形成器,通过对阵列中各阵元输出信号进行时延、加权、求
和来实现。然而,当宽带信号通过此波束形成器时,不同频率的信号所形成的波
束图形状不同,只有在波束指向方向上具有相同的响应。所以,当波束对准目标
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西北工大学硕士学体论文
时波束输出的信号不会失真,但日标在波束宽度内的其它方向入射时波束输出的
信号就会出现失真,而且目标信号的带宽越大,这种失真就越严重。这将直接给
诸如目标识别、参数估计和波形分析等声呐后置带来影响。
厦定束宽波束是指波束图的主瓣在设计频段内保持恒定的波束,通过设计恒
定束宽波束形成器可以解决非波束指向方向上宽带信号的失真问题。恒定束宽波
束形成可以在时域实现也可以在频域实现。频域实现是通过离散傅立叶变换把宽
带信号分为不同的子带,对不同的子带使用窄带方法进行波束形成,并把不同子
带的波束输出相加,来得到宽带信号的波束输出。由于频域方法是一种块处理的
方法,块与块之间的相位无法衔接,所以并不能给出真正连续的时间波形。时域
恒定束宽波束形成器通过设计合适的滤波器组来实现。此滤波器组实现了宽
带信号中各个频率分量上束宽恒定所需的幅相加权。时域恒定束宽波束形成器能
够实时地给出波束输出,并有效地保护输入宽带信号的时间波形,为后续的声呐
信号处理提供了实时的无失真的数据。
估计目标的方位是声呐系统的重要任务之一,它与波束形成是紧密相联系的。
在常规的声呐系统中,波束形成就用来估计目标的方位。然而这种方法的角度分
辩能力受“瑞利限”的限制而无法分辨两个角度间隔很小的目标,从而促使人们
对各种高分辨算法的研究。最初的各种高分辨方位估计算法都只针对窄带信号,
随着宽带信号在各种系统中的大量使用,宽带信号的高分辨方位估计算法也随之
出现。如何降低运算量和提高目标方位估计的精度,以给出一种易于实际系统实
现的有效的宽带源高分辨方位估计算法,成为研究的热点问题。
本文的工作主要集中在时域恒定束宽波束形成方法上,并在最后把时域恒定
束宽波束形成方法应用到宽带源高分辨方位估计中。试图设计实际系统可以使用
的时域恒定束宽波束形成器和便于实际系统实现的有效的宽带源高分辨算法。
本文所研究问题的历史和现状
在宽带波束形成中,人们比较感兴趣的一类问题就是恒定束宽波束形成。在
这里所说的恒定束宽,就是当宽带信号通过一确定的几何形状和尺寸的基阵系统
时,宽带信号的不同频率分量所形成的波束图在波束宽度内保持恒定。这将使得
宽带信号从波束宽度内入射时,其波束输出不存在失真,从而保证波束形成器给
后置的信号处理提供无失真的信号波形。目前提出这种要求的典型主动声呐系统
有宽带鱼雷主动声自导系统〕和宽带探雷声呐系统等。在被动目标分类识
别中,为了得到目标噪声固有的稳定特征,对目标噪声无失真接收的要求也变得
第,章绪吉
越来越迫切。