论文部分内容阅读
分布式多输入多输出(MIMO)声纳作为一种新型主动声纳体制，能够通过MIMO信道规划获得比传统声纳更好的探测性能，是近年来研究的热点。由于生存能力强，检测概率高、目标分辨能力强、构建方式灵活等特点，分布式MIMO声纳在军事、民用等领域具有广泛的应用前景，为未来声纳技术的发展提供了新的思路。本文首先研究了正交多相码信号波形设计问题，建立了正交多相码信号模型及优化准则，提出了一种兼顾全局搜索和局部搜索能力的混合优化算法。然后本文对分布式MIMO声纳的定位精度进行了理论推导，得到了定位精度几何分布与阵元拓扑之间的联系，给出了布阵策略。接着本文研究了基于距离测量值的分布式MIMO声纳中的目标定位与跟踪方法，提出了一种适用于分布式MIMO声纳目标定位的线性最小二乘法和一种修正时延的扩展卡尔曼滤波的目标跟踪方法。最后本文实现了一个分布式MIMO探测仿真平台，并通过仿真实验验证了该平台的可用性和以上算法的可行性。具体内容包括以下几个方面: 1、研究了正交多相码信号波形设计问题。建立了正交多相码信号模型与优化准则，分别采用直接设计法和搜索法对各个发射信号的相位码序列进行了设计比较。为了兼顾优化算法的全局搜索和局部搜索性能，提出了一种将遗传算法和迭代算法相结合的混合优化算法，并通过仿真实验验证了该混合算法的性能要优于传统单一算法。 2、研究了分布式MIMO声纳的定位精度和布阵策略问题。对分布式MIMO声纳的定位精度进行了理论推导，对不同的阵元拓扑结构下的定位精度几何分布(GDOP)进行了仿真和分析，并对分析结果进行了物理解释，给出了布阵策略。 3、研究了基于距离测量值的分布式MIMO声纳中的目标定位与跟踪方法。针对分布式MIMO声纳中的目标定位问题，提出了一种线性最小二乘法并与基于迭代的最小二乘法进行了仿真比较。针对分布式MIMO声纳中的移动目标跟踪问题，提出了一种修正时延的扩展卡尔曼滤波方法以消除传播时延对定位精度的影响，仿真结果表明，与常规的目标定位跟踪算法相比，该方法具有定位精度高、收敛速度快、跟踪性能稳定的特点。最后将该修正时延的方法应用于粒子滤波，得到了比修正时延的扩展卡尔曼滤波更好的跟踪效果。 4、利用上述算法，实现了一个分布式MIMO探测仿真系统。给出了该系统的整体框架、主要功能模块和基于MFC的具体实现。并通过仿真实验验证了该平台的可用性，同时也验证了本文中的波形设计方法、定位及跟踪算法的可行性。