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作者：

鄢泓哲

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摘要：

多波束测深系统是一个对海底进行精确测量的设备,它的能否实现精确测量是取决于它的核心技术信号处理系统.由多波束测深的基本原理可以知道当对测量点的角度估计更加准确时,对信号的发射或者接受功率指向性更集中时才能实现对海底地形的高分辨力,高精度测量.另外,采用何种数据滤波方法对海底数据进行处理来形成精确的海底地形图也是未来多波束测深系统的研究热点.论文以国家海洋局开放基金项目为支持,针对多波束测深系统高精度高分辨力技术和测深数据点后期处理成像技术两种关键技术进行了深入研究.第一,在基于常规波束形成算法的原理上,本文提出了一种互谱分裂子阵列波束形成算法,首先将基阵阵元分成左右两个相等的阵元,分别对两个阵元进行波束形成,然后再将左右两个子阵再分成四个相对小子阵,对小子阵列进行互谱分析,最后再进行左右波束锐化进行主瓣约束处理.通过仿真验证了该算法相比常规波束形成算法具有更高的指向性.第二,引入线性约束最小方差算法(LCMV),LCMV算法因其独特的优越性非常适用于各种综合性的声呐设备中,因为它的基本理论是集中信号的功率,所以波束形成技术即可以进行DOA估计也可以用来提高声呐发射与接收信号指向性来提高信号功率,并且LCMV算法基于先验统计特性递推求取最优权向量,可以应用在多波束测深声呐对于复杂海底环境的检测.因此,本文将提出一种基于迭代优化和协方差矩阵重构的波束形成方法,在基于LCMV算法的约束条件上推导出新的约束条件并求解波束形成的最优权向量,来实现算法对信号的高分辨力检测.并在新的约束条件基础上对协方差矩阵进行重构来消除扰动量带来的影响以期适应复杂的时变环境,然后又分析推导了将该算法应用在圆形发射基阵上,最后通过仿真分析本文算法与传统LCMV算法相比来验证本文算法的优越性和有效性.第三,应用3σ准则对测深点进行粗处理,并应用CARIS软件将处理后的测深数据建立系统化工程,噪点的删除,数据的优化及海底地形成果图的生成.

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