本科毕业设计论文题目多波束测深声纳系统的时延估计方法研究专业名称信息对抗技术学生姓名田腾指导教师卓颉毕业时间2011年06月一、题目多波束测深声纳系统的时延估计方法研究二、指导思想和目的要求多波束测深声纳系统中，观测区域某点的深度信息是由发射信号到达该点的往返时间决定的。
因此，回波信号时延估计的精确与否直接影响了深度的测量精度。
该题目要求学生在完成毕业设计时，了解多波束测深声纳系统的基阵信号处理及深度估计的处理流程；针对均匀线列阵，实现对观察区域反向散射回波信号的仿真；掌握远场窄带常规波束形成技术，并在此基础上，实现覆盖整个观测空间的多波束，进一步根据Dolph-Chebyshev加权方法对波束进行低旁瓣优化处理；运用MATLAB语言，基于能量中心收敛算法，对回波信号的时延进行精确估计。
通过毕业设计，使学生学会根据要求自主查阅相关文献资料，掌握MATLAB 语言的基本编程技能，掌握分析与解决问题的基本方法，获得科技论文的基本写作能力。
三、主要技术指标1.16元半波长的均匀线列阵；2.发射信号为单频脉冲。
四、进度和要求1－2周查阅资料、翻译外文文献；3－4周主动接收基阵回波信号处理模型的仿真与实现；5－6周常规波束形成及多波束形成技术的仿真；7－8周基于Dolph-Chebyshev加权的波束优化处理技术。
9－10周采用匹配滤波处理技术估计回波信号的时延信息；11－12周基于能量中心收敛算法对回波信号进行时延估计；13－14周撰写论文。
15－16周准备答辩五、主要参考书及参考资料1.田坦，水下定位与导航技术，国防工业出版社，2007.2.田坦，刘国枝，孙大军，声纳技术，哈尔滨工程大学出版社，2000.3.丁继胜,周兴华,刘忠臣,张卫红，多波束测深声纳系统的工作原理，海洋测绘,1999,(3)：15-22.4.胡鹏，丁烽，李然威，两种多波束系统测深算法的试验研究，声学与电子工程，2010，(1)：25-27.5.张志涌等，精通MATLAB，北京航空航天大学出版社，2003.学生___________ 指导教师___________ 系主任___________摘要多波束测深技术具有高精度、高密度、高效率、全覆盖等特点，它已成为海底地形探测方面的重点研究课题。
本文的主要目的是实现对水下目标测距方法的仿真。
为此，首先从主动声纳系统的基阵信号模型入手，讨论了远场窄带信号常规波束形成技术，实现覆盖整个观测空间的多波束，并对波束进行低旁瓣优化处理；结合目标的方位和距离，用能量中心收敛法实现对水下目标的距离估计。
本文的主要研究工作有：1．阵列信号处理的数学模型。
讨论了一般基阵的三维阵列信号模型及阵列流形，分析给出远场信号的窄带假设，重点结合均匀线列阵（ULA），研究其阵列流形，并给出基阵信号的空间采样问题，实现任意方向入射的窄带回波信号的仿真。
2．基于匹配滤波方法的目标测距。
研究了对目标距离估计的一般方法——基于匹配滤波器的目标测距技术；重点讨论了单频矩形脉冲信号（CW）的匹配滤波；并对其进行仿真实现。
3．波束形成。
研究了常规波束形成（CBF）方法及其低旁瓣优化，讨论了波束图的两个重要参数——主瓣宽度和旁瓣级的制约关系。
4．基于多波束形成的能量中心检测。
结合波束形成原理，仿真实现覆盖观测区域扇面的多波束；仿真实现对水下多个点目标的距离估计。
关键词：多波束测深，均匀线列阵，多波束形成，能量中心收敛算法ABSTRACTMultibeam sounder technology has been widely used in researching seafloor survey due to the advantages of full coverage, high efficiency, high accuracy and resolution.The main purpose of this paper is to achieve simulate the methods of the distance of underwater goals. To do this, the first study focused on the from the array signal of active sonar system, the location principle based on the pulse compression techniques is researched, the far-field narrow-band signals of conventional beamforming technology is discussed, and the multi-beam covered the entire observation space is achieved, and the beam is optimized for low side lobe. Combined with the target's bearing and distance, the distance of the underwater point target will be achieved. Among the main focus on the following aspects:1. Array signal processing model. It includes discussion of the general three-dimensional array model and the array manifold, and analyzed the far-field narrow-band signal assumption. The paper focus on ULA, especially on the array manifold, and then gives samples of space-based array signal issues, at last completes the incident in any direction to achieve narrow band echo signal simulation.2. Dimensional distance based on matched filter .It had an estimate of a general way of the dimensional distance——dimensional distance technology based on matched filter;then taking the single-frequency rectangle pulse signal (CW) as an example, studies it’s matched filter, and achieve simulation for it.3. The conventional beamforming (CBF) method is discussed. The low sidelobe optimized beam map is studied by adjust two important parameters - the restrictive relationship between main lobe width and side lobe level.4. Energy Centre Detection based on multi-Beamforming. Combined with beamforming principle, it completed simulation of multi-beam with a fan coverage of observation area; including simulation of the distance of the multiple point targets underwater.KEY WORDS：multibeam sounder technology, uniform linear array, multi-beamforming, energy center detection目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 (I)第1章概论 (1)1.1多波束测深的研究背景及意义 (1)1.2多波束测深技术现状及发展趋势 (2)1.3多波束测深声纳技术概况 (2)1.4本文的主要工作 (3)第2章声纳基阵信号处理的数学模型 (4)2.1基阵输出信号的数学模型 (4)2.1.1任意几何结构基阵及其信号模型 (4)2.1.2均匀分布线列阵（ULA）及其信号模型 (5)2.1.3信号的窄带假设和解析表示 (6)2.1.4基阵上的噪声 (7)2.2基阵信号的空间采样 (7)2.2.1基阵的阵列流形 (7)2.2.2信号的空间采样 (8)2.3采样信号的协方差矩阵 (9)2.4本章小结 (9)第3章窄带波束形成 (10)3.1常规波束形成 (10)3.1.1波束形成的基本原理 (10)3.1.2 波束图的两个重要参数 (12)3.1.3 加窗波束形成 (14)3.2本章小结 (16)第4章基于匹配滤波的目标距离估计 (17)4.1测距的原理和方法 (17)4.1.1脉冲测距法 (17)4.1.2调频信号测距法 (18)4.2基于匹配滤波器的目标测距 (18)4.3一维距离估计 (19)4.4本章小结 (24)第5章基于能量中心收敛算法的多波束测深 (25)5.1多波束测深技术的基本原理 (25)5.1.1基本原理 (25)5.2信号到达时间测量——能量中心收敛法 (26)5.3多波束测深仿真 (30)5.3.1多波束仿真 (30)5.3.2海底地形仿真 (31)5.3.3发射信号仿真 (31)5.3.4回波信号仿真 (31)5.3.5海底测深 (32)5.4本章总结 (35)第6章全文总结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)毕业设计小结 (39)第1章概论海洋是地球资源的宝库。
海底探索、水下资源开发与生物学、地质学、考古等诸多行业密切相关。