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随着降噪技术不断提高，目标辐射噪声声源级在不断降低。研究发现目标辐射噪声含有丰富低频线谱成分，由于不能直接从阵元拾取数据得到线谱位置。一般方位估计方法和时延估计方法未对线谱成分进行有效分析利用，不能为拖曳线列阵和三元阵被动定位提供较好的方位信息和时延信息，需要在方位估计和时延估计方面做进一步研究，以便对其做相应处理为拖曳线列阵和三元阵远程被动定位提供目标方位信息和时延信息。另外，在对鱼雷辐射噪声监测中，由于鱼雷辐射噪声具有指向性，如果不能很好得到目标轨迹方面信息，则阵元拾取数据可能不是鱼雷辐射噪声，不能为鱼雷辐射噪声监测提供所需信息。受水声信道传播特性影响，声波会产生多途效应，需要在抗多途技术和多途信息利用方面做进一步研究，以便在不需要增加其他辅助设施情况下，有效实现三元阵的全方位3维定位。本文依托拖曳线列阵定位、基地鱼雷辐射噪声监测项目需求，结合目标辐射噪声特性，对水声定位中高精度、宽容性方位、时延估计方法进行了研究，本文主要研究内容为: 1.在方位估计中(Angle of Arrive，AOA)，为了提高波束形成方位估计分辨率，相关学者提出一种基于自回归(Automatism Regression，AR)模型的逆波束形成算法(Automatism Regression Inverse Beam-Forming，ARIBF)来提高逆波束形成(InverseBeam-Forming，IBF)方位分辨率，使方位估计分辨率突破了“瑞利限”，但ARIBF对信噪比宽容性远低于IBF。对此，本文通过叠加AR模型来改善ARIBF对信噪比的宽容性。叠加AR模型后逆波束形成算法(Modified Automatism Regression InverseBeam-Forming，MARIBF)，在保证对目标方位估计分辨率突破“瑞利限”同时，在低信噪比情况下，可实现对目标方位有效估计。本文数值仿真和试验数据处理结果均验证了所提方法的有效性。 一般频域宽带波束形成通常是由各窄带波束形成平均累加所得，当信号频带所占频带非全频带，或信号含有较强线谱成份时，一般频域宽带波束形成方位估计效果会变差。通过对各子带波束形成结果分析研究，本文提出了一种基于各频率单元波束形成(Beam-Forming，BF)主副瓣加权的宽带波束形成宽容性方位估计方法。该方法首先通过“二阶锥”规划各子带波束形成，得到旁瓣较低的波束形成结果，并利用各频率单元波束形成主副瓣差异形成加权因子，然后利用加权因子对各频率单元波束形成进行加权统计，最后得到宽容性较好的加权结果，且避免通过搜索不同频率单元波束形成结果实现目标方位估计。理论分析表明，在目标辐射信号具有稳定线谱情况下，该方法与窄带波束形成法的方位估计效果相近;在目标辐射信号只有宽带连续谱情况下，该方法与一般宽带波束形成法的方位估计效果相近。本文数值仿真和试验数据处理结果均验证了所提方法的有效性。 低信噪比情况下，针对波束形成方位历程图显示效果较差问题，提出一种重置协方差矩阵的波束形成前置预处理方法。该方法依据协方差矩阵中主对角线元素相比其他元素所含噪声能量差别较大、信号能量基本一样的特点，利用协方差矩阵主对角线邻近元素绝对值对主对角线元素进行重置，降低主对角元素所含噪声对方位历程图的影响，改善方位历程图显示效果。本文数值仿真和海上实验数据处理结果表明，高信噪比情况下，该方法对方位历程图显示效果无影响;低信噪比情况下，该方法可以很好地改善方位历程图显示效果;该方法同样可以结合其他后置处理技术同时使用，进一步改善方位历程图显示效果。该方法可为改善方位历程图显示效果提供一个参考。 2.在时延估计中（Time Difference of Arrive，TDOA），互谱法具有较好的时延估计精度。单独采用互谱法进行时延估计时，会存在相位模糊问题。为了提高互谱法的宽容性，本文对互谱法时延估计方法进行了改进。改进后的方法解决了单独采用互谱法进行时延估计时的相位模糊问题，改善了互谱法的宽容性。该方法所得时延由周期值和修正值构成;时延周期值是通过对阵元间互谱信号进行时延补偿所得，时延修正值是采用最小二乘法对补偿后互谱信号求取所得。该方法对时延估计具有较好的宽容性。本文数值仿真和试验数据处理结果均验证了所提方法的有效性。 针对微弱目标、目标辐射信号未知时的时延估计问题，通常采用互相关法或互谱法来求取，当信号频带所占频带非全频带，或信号含有较强线谱成份时，一般基于互相关法或互谱法的时延估计效果会变差。通过对各子带时延估计结果分析研究，本文提出一种基于时延差方差加权的宽容性时延估计方法。该方法利用目标辐射信号频率单元对应时延估计比较稳定、噪声频率单元对应时延估计比较随机的特点，对各频率单元时延估计结果进行时延差方差加权，突出信号所占频率单元时延估计结果，实现对目标信源数未知时的时延估计。相比一般子带分解法，该方法具有较好的宽容性，且避免通过搜索不同频率单元时延估计结果实现时延估计。本文数值仿真和试验数据处理结果均验证了所提方法的有效性。 3.三元阵通常用来完成测距和测向任务，针对一般三元阵3维定位问题，本文利用水声信道多途特性，通过虚拟阵元实现三元阵被动3维定位。同时，本文通过对三元阵进行非直线布阵来解决直线三元阵y轴方向左右模糊问题，实现全方位3维定位。