水平声压线阵测向性能仿真分析
声呐系统中，水平声压线阵的测向性能优于垂直声压线阵。因此，为提高声呐的探测精度，十分有必要研究其测向性能。
波束形成是数字式声呐中的关键技术，目前，众多围绕常规波束形成分辨性能的研究，大都是基于窄带信号模型得到的，而在被动测向等领域实际信号往往是宽带信号，并且宽带信号较窄带信号而言更复杂也含有更多的信息可以利用。本文提出的方法是基于宽带信号模型的方位估计，通过理论和仿真研究，对水平均匀线列阵使用常规波束形成技术进行方位分辨的性能分析，并仿真验证结论，指出测向误差大小与变量的依赖关系。 20190809204556
理论研究和仿真水平声压线阵的测向误差大小与关键参数的依赖关系，比如，阵元数目越多，测向误差越小；提高信噪比和增大信号带宽或者选择合理的信号可以显著提高声呐线列阵的测向性能；通过设计合理的阵列结构，可以避免信号因入射的方位不同对方位估计性能造成影响等。上述结论可以为声呐系统的设计和改进提供重要的启示及参考依据。
关键词：MATLAB,波束形成；常规波束形成；线列阵；方位分辨
声波，英文名为Sound Wave或Acoustic Wave，是声音的传播形式，是一种机械波，由物体（声源）振动产生的，通过借助介质向四面八方传播。声波传播过程是能量的传递过程，而不发生质量的传递，传播的空间范围称为声场。声波在气体和液体介质中传播时是一种纵波（质点振动的方向与波的传播方向相同），但在固体介质中传播时可能混有横波（质点振动的方向与波的传播方向垂直）。声源每秒振动的次数称为声波频率，单位赫兹（Hz）。人耳可听到的最高频率为20KHz，高于此频率的声波称为超声波（ultrasonic）；可听到的最低频率为20Hz，低于此频率的声波称为次声波（infrasound）。
在水中进行观察和测量，只有声波具有得天独厚的条件。这是因为海水是电的良导体，它能使电能很快以热的形式耗散掉。声波是机械波，所以在同样的频率下，声波的衰减比电磁波的衰减慢得多，从而传的距离要远得多。在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。其他探测手段的传播距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体。电磁波在水中也衰减太快，即使使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。
在水中进行观察和测量，水中的声速是利用声呐测定水下目标距离的重要参数。计算声波在淡水中传播速度的经验公式[][17-18]为：从上式可知：水中声速是随着水温、盐度S和压力（由水深决定）变化的，因为水的可压缩性和密度与这些参数有关。其中，水温对声速的影响最大。一般情况下，水温每升高1℃，声速约增加4.2米/秒；盐度S每变化1‰，声速约增加1.1米/秒；水深每增加100米，使得静水压力增加10个大气压，声速约增加1.8米/秒。一般认为声音在海水中的传播速度约为1500米/秒。
2.1.2声呐及其工作原理
声呐，又叫声雷达，是英文缩写“SONAR”的音译一词的“义音两顾”的译称，旧译为声纳，其中文全称为：声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging。现今，声呐的定义为：利用水下声波判断海洋中物体的存在位置和类型的方法与设备[][19-20]。更广义的说，凡是利用水声能量进行观测或通信的系统，均称为声呐系统[19-20]。
声呐是利用水声传播特性，通过电声转换和信息处理，对水中目标进行传感探测。用于搜索、测定、识别及跟踪水中目标，进行水声对抗，水下战术通信、导航和武器制导、保障舰艇、反潜飞机和水中武器的使用等。按工作方式声呐可分为主动声呐（Active sonar）和被动声呐（Passive Sonar）。
主动声呐又叫回声定位仪，是主动发射水声信号并从水中目标反射回波中获取目标参数的各种各样声呐的总称。大多数采用脉冲体制，也有些是采用连续波体制的。由简单的回声探测仪器演变而来，它主动地发射超声波，然后收测回波进行计算，适用于探测海深、鱼群、水雷、沉船、暗礁、冰山、和关闭了发动机的隐蔽潜艇。
被动声呐也叫噪声声呐，通过被动接收和处理舰船等水中目标发出的辐射噪声或和水声设备发射的信号，从而测定目标的方位，获取目标参数的各种声呐的统称。
声波是观察和测量的重要手段。英文“sound”一词作为名词是“声”的意思，作为动词有“探测”的意思，由此可见“声”与“探测”之间关系之紧密。
声呐的工作原理是回声探测法，这个方法是在第一次世界大战期间研究出来的，如图
摘 要    I
ABSTRACT    II
第1章    绪论    1
1.1    问题的提出及研究意义    1
1.2    课题研究历史与现状    2
1.2.1    空间谱估计研究    2
1.2.2    波束形成技术研究    3
1.3    论文主要工作    5
1.4    本章小结    5
第2章    声呐的波束形成理论    6
2.1    海洋中的声波与声呐    6
2.1.1    海洋中的声波    6
2.1.2    声呐及其工作原理    7
2.1.3    声呐的发展简史及趋势    9
2.2    波束形成技术    11
2.2.1    阵列信号处理    11
2.2.2    空间谱估计基础    12
2.2.3    波束形成技术    17
2.2.4    常规波束形成技术    22
2.3    本章小结    24
第3章    水平均匀线列阵测向性能分析与仿真    25
3.1    对水平均匀线列阵使用CBF进行目标方位估计    25
3.2    测向误差分析    26
3.2.1    阵元间距与波长的关系    27
3.2.2    克拉美-罗界    29
3.2.3    影响测向性能的因素及CRB启示    31
3.3    测向误差仿真验证    32
3.3.1    目标方位对测向性能的影响    33
3.3.2    阵元数目对测向性能的影响    34
3.3.3    阵元间距对测向性能的影响    35
3.3.4    信噪比对测向性能的影响    36
3.3.5    目标频率对测向性能的影响    37
3.4    本章小结    39
第4章    总结与展望    40
4.1    论文完成工作    40
4.2    后续工作展望    40
参考文献    41
致 谢    43
附 录    44
1 常规波束形成的基本程序    44
2 克拉美罗界计算的基本程序（频率分析部分）    44
3 常规波束形成图（基本功能部分）    45
原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/txgc/610.html