基于预编码技术的声矢量MIMO声纳浅海小目标探测技术研究

结合基本声学模型、水声环境模型以及声纳系统等知识，建立浅海波导中的声矢量MIMO声纳信号处理模型，基于该模型并应用通信中的预编码技术开展浅海波导环境中的目标探测技术研究。研究主要内容包括：（1）自由场、平面波假设下的声矢量MIMO声纳目标检测、目标参数估计以及稳健波束形成技术等理论问题的研究；（2）建立浅海波导环境下的声矢量MIMO声纳信号理论模型并给出其数值解；（3）联合信号处理模型和预编码MIMO技术在目标检测概率最大的准则下推广自由场研究成果开展浅海波导环境中小目标探测技术的理论与仿真研究。研究意义在于促进MIMO技术的理论发展，发展浅海目标探测技术，增强浅海目标探测能力，为发展声矢量MIMO声纳提供理论指导和技术储备。

浅海波导中的主动小目标检测和定位是一个非常有代表性的海洋传播物理和声纳信号处理深层次结合的问题，在理论研究和实际应用上均具有广泛而深远的意义。目标探测与定位的本质是确定目标辐射或散射能量在空间中的分布，然而浅海中的目标定位不同于自由空间中的目标定位，诸多的因素使得它困难重重。浅海波导环境是一个富散射环境，同时它还是一个时变的环境，联合通信信号处理中的MIMO技术和预编码技术取得的研究成果与水声信号处理领域的浅海目标探测技术和矢量信号处理的研究成果对提高浅海波导环境中的目标探测性能，无论是对理论研究，还是实际的应用都具有重要的意义。.结合基本声学模型、水声环境模型以及声纳系统等知识，建立浅海波导中的声矢量MIMO声纳信号处理模型，基于该模型并应用通信中的预编码技术开展浅海波导环境中的目标探测技术研究。研究主要内容包括：（1）自由场、平面波假设下的声矢量MIMO声纳目标检测、目标参数估计以及稳健波束形成技术等理论问题的研究；（2）建立浅海波导环境下的声矢量MIMO声纳信号理论模型并给出其数值解；（3）联合信号处理模型和预编码MIMO技术在目标检测概率最大的准则下推广自由场研究成果开展浅海波导环境中小目标探测技术的理论与仿真研究。研究成果主要包括：（1）理论与仿真验证了MIMO阵相比于常规SIMO阵在目标分辨力以及目标分辨数目上的优势；（2）针对浅海严重混响环境下的目标分辨能力差的有关问题，提出基于压缩感知技术的MIMO阵波束形成技术，实现了目标的高分辨；（3）构建了MIMO试验装置，在信道混响水池条件下试验验证了MIMO阵及波束形成技术相比于常规SIMO技术的优势。研究意义在于促进MIMO技术的理论发展，发展浅海目标探测技术，增强浅海目标探测能力，为发展声矢量MIMO声纳提供理论与实践指导以及技术储备。