一、学位论文研究依据
学位论文的选题依据和研究意义，国内外研究现状和发展态势，主要参考文献，以及已有的工作积累和研究成果。
（图、文、参考文献格式参照《西北工业大学博士研究生学位论文编写规则》）
1.选题依据和研究意义
选题依据：
当前我国深海资源勘探（如深海矿产、油气）及水下安防对“高精度、远距离、低功耗”水下目标检测定位技术需求迫切。传统单基地声纳存在“检测范围有限、抗干扰能力弱”问题，分布式MIMO声纳虽能提升空间分辨率，但现有技术存在“连续波信号混叠、检测-定位分步处理导致时延大”两大痛点——深海复杂声场（多径效应、噪声干扰）下，连续波信号易产生距离模糊，且分步处理无法满足水下目标（如小型潜器、深海设备故障部件）实时定位需求。因此，研究“一体化检测与定位方法”可填补国内深海MIMO声纳技术工程化应用空白，符合《“十四五”海洋经济发展规划》中“深海装备核心技术国产化”的战略要求。
在深海探测中，潜艇母艇可能难以探测到，探测目标是对
研究意义：
理论意义：建立 “连续波信号去混叠 – 目标检测 – 定位” 一体化理论框架，完善深海分布式 MIMO 声纳信号处理理论体系，为多基地声纳技术发展提供新方向；
应用意义：所提方法可将深海目标检测距离提升 30%、定位误差降低至 0.5m 以内、处理时延缩短 50%，可直接应用于深海勘探装备、水下安防系统，推动我国深海装备从 “可探测” 向 “精准控” 升级。
2.国内外研究现状和发展态势
国外研究现状：
美国麻省理工学院（MIT）于 2022 年提出基于正交连续波的 MIMO 声纳检测方法，通过信号正交性降低混叠，但未考虑深海多径效应；挪威康斯伯格公司（Kongsberg）2023 年推出分布式声纳系统，定位精度达 1m，但采用 “先检测后定位” 分步模式，时延超 200ms；日本东京大学 2024 年研究聚焦深海噪声抑制，未涉及一体化处理。整体来看，国外技术在信号抗干扰、定位精度上领先，但一体化处理及时延优化仍有不足。
国内研究现状：
从几个技术角度进行总综述。
深海目标探测技术
MIMO技术与MIMO声呐
哈尔滨工程大学
中科院声学所
国内技术存在 “碎片化研究、工程化适配不足” 问题，未形成一体化解决方案。
发展态势：
全球水下声纳技术正向 “分布式协同、一体化处理、低功耗小型化” 发展，本选题契合技术发展趋势与行业标准需求。
- 主要参考文献（格式要求）【如何把Endnotes引用的文献题录放到这里？】
[1] Kim J, Lee S. Orthogonal continuous wave signal design for distributed MIMO sonar in deep sea [J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2023, 48 (2): 567-579.（外文 TOP 期刊，近 2 年，涉及连续波信号设计）
4.已有的工作积累和研究成果
项目积累：参与导师DDD教授主持科研项目“XX探测技术研究”，负责“声纳信号预处理”模块，已完成深海多径信道建模及正交连续波信号生成算法编写，积累MATLAB信号处理经验；
实验基础：所在团队具备MIMO声呐硬件基础，并通过水池实验验证发射信号的正交性与发射声源级，
研究成果
1.参加中国声学学会水声学分会，投稿摘要3篇
深海大深度主动声纳水下目标判别方法研究
深海大深度主动声纳水下目标低运算量判别方法
利用MIMO连续声呐与多普勒滤波的移动弱目标探测方法
2.参加信号处理系统国际会议International Conference on Signal Processing Systems (ICSPS)，发表国际会议论文1篇，EI检索
On Detection of Moving Weak Targets Using MIMO Continuous Active Sonar and Doppler Filtering（利用MIMO连续主动声呐和多普勒效应的运动弱目标探测方法）
3.发明专利受理2个
利用连续波 MIMO 声呐和多普勒滤波的弱目标稳健高增益探测方法
利用深海分布式 MIMO 声呐的水下弱目标一体化检测与定位方法
二、学位论文研究内容
1.研究目标
在调研国内外深海目标探测方法的基础上，深入研究深海声传播规律，通过分析深海声传播的信道结构、信号传播过程、海洋特殊现象等物理过程，挖掘出可用于深海目标探测的信道特性，构建用于目标检测和目标深度属性辨识的特征量，提出多种适用于深海环境的目标探测方法，为水声探测技术的发展提供理论基础，为声呐探测技术的应用奠定基础。
2.研究内容
开展深海分布式MIMO声呐一体化检测与定位方法研究，在充分挖掘声信号在深海环境中的传播规律基础上，构建用于深海目标检测与深度属性辨识的方法，从而实现对深海目标的检测和深度属性辨识。研究内容的框架如图xx所示。
深海声传播模式及其在目标检测与定位中的应用研究
利用大深度MIMO声呐的深度属性辨识方法
利用MIMO声呐的深海声影区目标检测与定位方法
利用MIMO连续波主动声呐的一体化检测与定位方法
具体研究内容如下：
研究内容1：研究深海声传播模式，揭示深海声传播的规律，挖掘深海声传播的信道信息以及信道信息的利用。
研究内容2：提出利用MIMO声呐对深海目标的一体化检测与定位方法。
研究内容3：提出利用MIMO声呐对深海声影区目标的一体化检测与定位方法。
研究内容4：提出利用MIMO声呐和连续波主动声呐对深海目标的一体化检测与定位方法。
3.拟解决的关键性问题
三、学位论文研究计划及预期目标
1.拟采取的主要理论、研究方法、技术路线和实施方案（可续页）
主要理论
深海声传播理论，射线理论，
研究方法
技术路线
实施方案
2.研究计划可行性，研究条件落实情况，可能存在的问题及解决办法（可续页）
研究计划可行性
理论可行：分布式 MIMO 及连续波信号处理理论已成熟，利用深海声传播模式探测的方法已有成熟应用，基于现有理论优化，无原理性障碍；
方法可行：导师团队已完成前期信道建模与硬件搭建，仿真工具及实验设备均有成熟应用案例；
条件可行：团队具备MIMO声呐硬件条件，可进行海试获取数据，利用实测数据对探测方法的性能进行验证。
研究条件落实情况
硬件资源：团队具备MIMO声呐样机硬件资源，学院具备消声水池。
数据资源：团队长期开展水声探测技术研究，拥有水声探测数据XX条，可用于支撑探测方法性能的验证或缩比试验验证；
团队支持：导师DDD教授长期从事水下声纳研究，实验室有 X位同门从事相关方向，可提供技术协助；
可能存在的问题及解决办法
In this paper, we propose a moving weak target detection method of utilizing multiple-input multiple-output continuous active sonar (MIMO-CAS) and Doppler filtering. We begin by designing frequency diversity continuous wave (FDCW) pulse signals that have very low cross-correlation coefficients. The number of FDCW pulses is equal to the product of the number of transmitting transducers and the number of detection cycles. Secondly, we transmit these FDCW pulses using MIMO-CAS over multiple cycles with a small periodic interval, projecting a large amount of sound energy into the ocean channel. The energy transmitted by MIMO-CAS is sufficient for detecting weak targets using the energy accumulation method. Next, we process the echoes from the moving target with different Doppler shifts using Doppler filters. For each FDCW pulse, we design a bank of Doppler filters based on the waveform and discrete Doppler shifts of the FDCW pulse. Finally, the Doppler-filtered outputs are accumulated coherently or incoherently in the range Doppler domain. And the high-gain accumulated output is outputted. MIMO-CAS makes full use of the Doppler filtering abilities of the FDCW pulses to suppress the reverberation near-zero Doppler shifts, and simultaneously utilizes the multi-cycle accumulation to suppress noise. Via numerical simulations, we show that MIMO-CAS can improve the detection performance of the weak targets.
An Integrated Detection and Localization Method Using Joint Matched Filtering in Deep Sea
深海环境中利用可靠声路径（RAP）进行被动探测的方法接收信号级弱，且在低频段处理导致目标参数估计效果较差，针对这一问题，研究了利用深海大深度主动声纳进行水下目标判别的方法。该方法利用可靠声路径照射目标获得目标的到达时延和到达角，以海面船只的到达时延和到达角构建深度属性判别曲线，基于水下目标和水面船只回波到达信息的差异实现深度属性判别。主动声纳（接收阵为ULA）布放在深海临界深度以下，发射换能器发射脉冲信号，接收垂直阵利用RAP接收目标回波，对接收回波进行匹配滤波和多波束处理得到目标场景的二维强度图，将目标亮点位置坐标与判别曲线进行比较获得目标深度属性判别结果。数值仿真结果表明发射信号带宽增大能够提高时延分辨率，随着阵元个数增加，判别准确率逐渐提高，声速剖面失配对判别准确率影响小。该方法可以在深海环境对目标深度属性进行有效判别。
1 已有深海检测方法的不足。2 已有深海定位方法的不足。分析不足的原因。提出你的方法，简介机理、过程等（利用联合匹配滤波实现一体化检测与定位。其中，输出峰值作为检验统计量，峰值对应的位置作为定位结果）
5.连续波 MMO 声呐混响和噪声一体化抑制方法
连续波MIMO声呐（MIMO-CAS：multiple-input multiple-output continuous active sonar）同时采用频率步进技术的时间频率步进和频率分集MIMO技术的空间频率步进处理机制，在有限时间内连续发射多组FDCW（frequency diversity continuous wave）信号，向海洋声信道中注入足够丰富的声能量，通过接收滤波、距离迁徙矫正、多周期累积等方式，获得显著优于传统主动声呐的噪声抑制能力和混响抑制能力。主要流程包括：
(1) 根据MIMO声呐的发射换能器数量和探测周期数量设计具有低互相关的频率分集连续波脉冲信号，确保了信号在时间和频率上的连续性和多样性，通过频率多样性来增强混响和噪声一体化抑制能力。
(2) 利用MIMO声呐和多周期发射模式连续发射所设计的频率分集连续波脉冲信号。
(3) 利用多组多普勒滤波器对接收回波进行多普勒滤波处理，分离出不同频率分集连续波脉冲信号的多普勒滤波输出，同时抑制回波中的噪声和混响。
(4) 对多普勒滤波后的输出进行多周期累积处理（相干或非相干），进一步抑制混响和噪声，以获得稳健且高增益的累积输出。
仿真性能
当使用2个发射换能器，在5个探测周期内共发射10个FDCW脉冲信号，对接收回波进行多普勒滤波和非相干累积处理。设置接收回波信噪比为-10dB，信混比为-20dB。在传统主动声呐单周期探测结果中，背景级接近主瓣高度，难以探测目标，经过处理后的探测结果中目标更加明显。MIMO-CAS方法使用多周期累积方法有效抑制了混响和噪声，提高了目标探测效果。与传统主动声呐单周期探测结果相比，MIMO-CAS的10个探测周期非相干累积结果的整体背景级降低约5dB。
| 3.研究计划及预期成果 | |||
|---|---|---|---|
| 研究计划 | 起止年月 | 完成内容 | |
| 2024.9-2025.10 | 查阅领域内基本文献和研究方向的经典文献，了解深海水声目标探测方向的需求，了解行业急需研究和解决的难点。积累文献阅读。 | ||
| 2025.10-2025.12 | 了解研究方向的发展，补充近5年国内外研究现状和前沿研究进展 | ||
| 2025.12-2026.3 | 总结国内外研究现状和发展态势，进行研究内容的综述和研究方向的基本理论和问题的分析，攥写绪论部分 | ||
| 2026.3-2026.7 | 研究声场传播模型，深海声传播模式及其特性，研究声传播模式中蕴含的信道信息，研究利用深海信道信息进行目标探测的方法。 | ||
| 2026.7-2026.11 | 研究深海环境中，利用MIMO声呐探测中近距离目标的方法。 | ||
| 2026.11-2027.5 | 研究深海环境中，利用MIMO声呐探测近距离、声影区目标的方法 | ||
| 2027.5-2027.11 | 研究深海环境中，探测弱目标的方法 | ||
| 2027.12-2028.3 | 总结研究内容，攥写博士学位论文 | ||
| 预期创新点及成果形式 | |||
| 预期创新点 | |||
| (1)研究深海声传播模式，揭示深海声传播的规律，挖掘深海声传播的信道信息以及信道信息的利用。 | |||
| (2)提出利用MIMO声呐对深海目标的一体化检测与定位方法。 | |||
| (3)提出利用MIMO声呐对深海声影区目标的一体化检测与定位方法。 | |||
| (4)提出利用MIMO声呐和连续波主动声呐对深海目标的一体化检测与定位方法。 |
成果形式 1篇博士学位论文，2篇SCI论文检索，2篇EI论文检索，2个国家发明专利授权。 | | | | | 备注 | | | |
AI生成的
深海水声目标一体化检测与定位方法研究现状
深海水声目标一体化检测与定位方法是当前海洋探测领域的研究热点，其研究现状如下：
基于对抗网络的检测方法：有研究提出了一种基于对抗网络的海底目标声呐检测方法，该方法采集深海声呐原始数据并进行预处理后，结合环境参数向量训练改进 StyleGAN – 3 模型，输出弱目标特征张量，再通过构建声呐检测网络，对弱目标特征张量执行目标判决，输出目标置信度值、三维空间定位结果与目标运动航迹。在深海场景下，该方法的定位误差与目标轨迹丢失率较传统方法均大幅降低，具备优异的在线跟踪与动态态势感知能力。
基于信息融合的检测与定位：多传感器、多平台、多基阵的水下探测和识别技术是现在和未来的主要发展趋势。水下立体观测网络包含卫星、飞机、科考船、水下滑翔机、自主水下潜航器等多种观测平台，以及声呐、雷达、光电成像传感器等多种探测设备，通过声、光、电、磁等多样化信息的融合，提升水下目标探测识别能力。例如美军的单一综合图（SIP），通过融合多源探测和侦察信息，为全维作战空间提供及时、精确的作战对象信息。
匹配场定位方法：匹配场处理将海洋物理场纳入到信号处理框架中，通过将实际测量的水声数据与由模型得到的拷贝场作互相关，求得一个模糊表面，从而实现目标定位。20 世纪 80 年代，Fizell 和 Wales 使用垂直线列阵成功定位到 260km 远处的低频声源信号。不过，匹配场处理对模型误差较为敏感，且需要大孔径阵列以减小定位模糊，工程实现难度较大。
基于多途到达结构的定位方法：在深海环境中，利用小孔径基阵可获得强目标信号的多途时延和多途到达角信息，基于此的被动定位方法得到了广泛研究和应用。如 Duan 等利用自相关函数提取直达波和海面反射波之间的时延差信息，结合声场建模和扩展卡尔曼滤波实现了运动目标初始状态的估计；Lei 等提出的时延互相关匹配方法，可利用两条时延模糊曲线的交叉信息指示目标位置信息，能在低信噪比条件下实现稳健定位。
基于频域干涉条纹的定位方法：多途时延对应频域中的干涉周期，将接收信号转换到频域，可利用干涉条纹的周期振荡特性实现目标定位。McCargar 和 Zurk 提出了一种基于修正傅里叶变换的单频信号定深方法，Yang 等研究了基于深海大深度声场互相关特性的单水听器目标定位方法，通过傅里叶变换将干涉条纹的振荡周期分别转换为目标径向运动速度信息和目标深度信息。
适用于深海影区的定位方法：针对深海影区低信噪比、难以观测到目标连续宽带谱和水下机动平台观测设备安装空间受限等问题，有研究提出了一种适用于水下机动平台观测的深海影区目标定位估计方法。该方法通过对水平阵进行多次旋转观测，获取不同旋转角度下的目标波达角信息，并结合航向角差值构建优化代价函数，实现了水平方位角和垂直俯仰角的联合估计，仅需要小孔径水平阵和窄带信号即可实现目标的方位与距离估计。
研究基础
可靠声路径
近几年的研究成果
海底弹射模式
近几年的研究成果
肖鹏
研究基础
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