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1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题 目 非对称分布式目标的声成像方法研究 学生姓名 李玉龙 学 号 11250101 专业班级 通信工程（1）班 指导教师 郑玉峰 学 院 计算机与通信学院 答辩日期 2015年6月15日 非对称分布式目标的声成像方法研究 Study on the method of asymmetric distributed target acoustic imaging李玉龙（Li Yulong）11250101摘 要本设计介绍的是一种相干分布式目标模型的声成像理论和方法。针对分布式目标声成像的需要，建立相干的回波模型，目标的本质特
2、征被分析出，然后利用分布式目标成像的DSPE算法，把该算法运用在对目标回波的处理上。通过Matlab仿真分析，仿真结果与仿真前进行的理论分析一致，进而分布式目标声成像的有效性被有效的验证。为实现精确定位需要构建目标的声图像大力的技术提供，研究成果对于基于分布式目标模型的声成像理论和方法的研究有着特别重要的作用。关键词：分布式目标；DSPE；Matlab仿真Abstract This paper discusses the theory and method of target acoustic imaging based on the coherent distributed sources
3、modelConsidering the need of underwater distributed source imaging，acoherent echo model is created by analyzing the unique features of targets and then the DSPE method of distributed source imaging is provided to process the target echo of target imaging.The analysis for matlab simulation is complet
4、ed,its result complying with the theoretical analysis，to prove the effectiveness of the distributed sources imaging methodThe target imaging provides technical support for underwater detection to locate objects accurately and quicklyThe research results show that they are valuable to the theoretical
5、 and methodological research of target imaging based on tlle distributed sources modelKeyword: Distributed target;；DSPE;；Matlab simulationII兰州理工大学毕业设计目录第1章 绪论11.1研究背景11.2目标声成像研究的历史和现状21.3 本文的内容安排2第2章 分布式目标声成像系统的概述32.1 分布式目标声成像特性简介32.1.1 目标散射原理与截面积32.1.2目标多散射中心的距离成像模型42.2 分布式目标回波技术4第3章 目标声成像回波模型原理63.
6、1 线列阵的概述63.1.1 线列阵的历史及发展63.1.2线列阵的原理73.2亮点模型的简介83.3单亮点模型93.4 多亮点回波模型9第4章 分布式目标估计方法114.1 MUSIC类算法114.2 基于子空间的DSPE参数估计方法114.3 相干分布源的方位估计方法14第5章MATLAB程序仿真175.1 MATLAB概述175.2 MATLAB程序仿真185.2.1 不同阵元数仿真模型的比较20总结24致谢25参考文献26附录1:英文文献27附录2:英文翻译34附录3 ：程序41IV第1章 绪论1.1研究背景 随着成像声呐技术发展，声成像在各个探测领域得到了广泛的应用。利用声图像技术对
7、目标进行识别已经成为了目标探测的一种主要手段，并有效的应用在水下作战领域，为武器智能化作战和精确打击提供充分的依据。声成像通过某些处理方法对目标的声图像处理，进而形成由主要亮点构成的目标伪图像，获取了较为完整的目标空间信息和一些细节的描述。较高质量的目标声像，能对目标准确的定位。已经在实际声纳系统中应用的方法主要包括声透镜、全息成像、波束形成。现在又出现了一种崭新的思维模式，我们可以把目标看成是分布式的目标，这样一来的话就有机会从距离域上充分的反映出目标的几何形状及结构特征。基于分布式目标参数估计理论，利用均匀线阵列接收目标的反射回波，然后再运用一些相对的方法去解决，提取目标特性，进行计算并且
8、进行仿真，对目标进行声成像，为探测体实施精确探测及定位展现了一种全新的方法。 目标回波技术作为目标探测的关键技术之一其回波特性特性除与物体固有的物理属性（如外在形状、尺寸大小、固有材质）等因素有关，还与入射信号的时频特性、介质等综合因素有着紧密的联系。随着信号处理技术的不断发展，对研究目标回波的办法也是层出不穷。在其他一些国家有一部分新发明出来的水下航行体声纳但利用目标亮点回波的时域、频域特性对目标进行检测和识别，更加突出的是可以利用目标在空间方位中的回波分布特性完成尺度目标的识别，那就可以有效地防止那些能够有效的模拟回波时频域特性的点源诱饵对水下航行体导引系统的引诱。因此，研究分布式目标回波
9、特性的仿真与识别的办法，有利于提升目标识别与电子反对抗的性能。日常情况下，模拟尺度目标的亮点经常会使用不同空间方位的点源靶标延时重发脉冲的方法。与之相似的在国内有基于延时应答和多普勒频移处理的声纳目标模拟与应答及应用于雷达场合的技术研究，在此模拟条件下声纳检测出来的目标时方位有着很大的离散性，不方便对目标尺度的检测精度。目标探测和武器制导主要依赖于声探测设备来实现。然而随着声技术的发展，迅速发展迅速的还有对抗和饭对抗技术对抗和饭对抗技术，还有很多人工对抗干扰器材在模拟潜艇或潜艇的辐射噪声、反射回波、运动状态等一系列目标特征方面取得了相当明显的进步。 现在软杀伤和硬杀伤是主要的对抗手段，软杀伤主
10、要是指依靠施放假目标如潜艇模拟器、声学靶、干扰器、声诱饵、气幕弹等干扰或者诱骗鱼雷，使鱼雷偏离所要攻击的目标，损失鱼雷航程，最后能源耗尽最终无法运行。硬杀伤主要是指采用一定的装备来将鱼雷摧毁，或者使其丧失战斗能力。由于鱼雷武器自动检测、跟踪、向目标导引的能力很大一部分是依靠声学的自导，所以对抗模拟潜艇特性的声诱饵才是鱼雷目标识别真正的目标。1.2目标声成像研究的历史和现状 目标识别时在第一次世界大战末期随着声呐技术、计算机技术、信息检测等技术的发展而发展起来的。但是由于涉及到军事所以各国相对保守保密度也比较高，再加上环境比较复杂，这些都影响了该技术的发展多以目标识别技术一直发展比较缓慢。目前世
11、界各国军队都特别重视水下目标识别技术的研究也有很多先进的技术已经用于实践，美国将目标自动识别技术列为十大关键技术之一并且为其投入了大量的财力和人力，足见该技术的重要性和意义。 我国是一个资源大国，国土面积广阔。当然我国也是一个海洋大国，我国领海面积300万平方公里海岸线长1.8万公里长水产资源十分丰富。为了保护我国的领土完整和海上资源我国对水下目标识别技术的发展也十分重视。伴随着水下信号处理技术的不断发展，声诱饵对鱼雷声自导的发射信号回波的模拟越来越真实，所以目前为止鱼雷目标识别方法的研究十分的重要，目标识别和分类的基本则是目标特征提取。虽然声诱饵等一系列的对抗器材对鱼雷声自导的发射信号回波等
12、部分特征的模拟越来越真实，但毕竟是纸上谈兵，它的尺度信息却是模拟不了的，所以空间特征是根本模拟不了的，于是研究分布式目标回波声成像的空间特征提取对分布式目标的识别技术有着相当重要的意义。1.3 本文的内容安排 本文的主要内容和章节安排如下： 第一章：绪论简单介绍了分布式目标声成像的研究背景。 第二章：目标回波系统的概述，本章主要介绍了目标回波系统的原理以及研究目标回波的关键技术。 第三章：目标回波模型原理简介，本章核心介绍了本文的关键技术即线列阵和亮点模型以及其各自的原理发展状和况应用前景等。 第四章：介绍对分布是目标的估计方法，并利用该方法进行matlab仿真。 本文最后总结了全文的内容，分
13、析了论文中的不足之处，并对非对称分布式目标声成像方法研究做出一系列的展望。第2章 分布式目标声成像系统的概述2.1 分布式目标声成像特性简介分布式目标回波信号是分布式目标和入射声波经过相互作用之后产生的，它的影响因素有很多，不但和入射声波的方向、分布式目标的运动姿态还与声源与分布式目标的相对位置等一系列因素有关，因此分布式目标回波与入射声波在一般情况下存在着相当大的差异，即使是均匀规则形状的物体，回波与入射波也不是相同的。在主动声纳体制下，声纳与分布式目标距离较近时，在声纳发射高频声脉冲下，分布式目标的尺度特性主要包含在分布式目标反射回波中。在分布式目标回波中有分布式目标的三个重要尺度特征：分
14、布式目标回波的时间展宽；分布式目标回波的亮点起伏；分布式目标回波空间方位分布。 分布式目标的特征信息包括分布式目标的位置情况，例如：分布式目标的距离、方位角、府仰角和径向速度等，以及分布式目标自身特征的状况。分布式目标位置状况的参量通常用于测量目标位置，而分布式目标自己的特性参量通常用在目标识别的途径。研究分布式目标的回波就必须研究目标的特性，镜面反射特性：对于分布式目标结构的不同，当声波从正横方向射入的时候因为它的曲率半径比声波的波长大，回波基大概都是由镜反射产生的，这种回波的强度相当大，与目标的尺寸有关，所以能用大球体产生的回波来替代它。而这部分在很多时候都存在，而且很强，对回波的贡献也是很大的；对于因为表面不规则而引起的散射波：由于表面不连续的结构，曲率半径小于波长，当入射波照到它上面时，会产生不规则散射。多数分布式目标表面都有着这种微小的不规则散射，从而形成的散射波是经过大量散射中心发出的散射波的集合。当分布式目标表面上只存在少数具有作用的散射体时，在回波的包络上能方便的看出他们形成的亮点。2.1.1 目标散射原理与截面积 经过理论上的计算和实验的测量都表示，在高频区，运动目标的电磁散射可以当做是某些局部位置的电磁散射的组合，这些局部性的散射源一般情况下叫做多散射中心，或者称为多散射中心。分布式目标散射中心是分布式目标在高频区散射的特性之一。伴随着雷达技术的发展，人们
