水下動目標被動跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水下被動定位技術(shù)一直以來是人們關(guān)注的焦點。隨著對水下聲場研究的進一步深入，出現(xiàn)了以聲場分析為基礎(chǔ)的匹配場被動定位技術(shù)。TMA技術(shù)則通過對一段時間內(nèi)數(shù)據(jù)的綜合利用，來對目標運動狀態(tài)進行分析。它們是被動定位技術(shù)中新發(fā)展起來的兩個熱點。本文以這兩種方法為出發(fā)點，通過分析低頻矢量聲場，探索適用于單水聽器(矢量水聽器)的被動定位新方法。 文中首先根據(jù)射線理論建立了低頻矢量聲場的模型，給出了傳播損失曲線，并與波動理論結(jié)果進行了比較，說明射線

2、理論在近距離是波動理論的良好近似。通過對聲壓、振速的干涉現(xiàn)象進行分析，說明了聲壓和水平振速符合一致的傳播規(guī)律。之后，以干涉聲場分析為基礎(chǔ)，分析了水面艦船干涉條紋的雙曲線簇分布規(guī)律，目標運動的狀態(tài)(包括速度、深度和水平距離)將決定雙曲線簇的形狀。分別討論了目標運動在深海和淺海狀態(tài)下，干涉條紋的不同特點。Hough變換是一種用于邊緣檢測的圖像處理手段，在水聲信號處理中已被用來與時頻分析手段聯(lián)合起來對信號進行估計，例如Wigner—Hough

3、變換利用對直線的Hough變換來估計線性調(diào)頻信號斜率等。針對干涉譜雙曲線型條紋，本文利用Hough變換提取雙曲線參數(shù)，可以分析目標的航速、航深和最近通過距離。然后，文章從理論上分析了干涉譜中頻率周期的物理意義，給出了測量干涉頻率周期對目標定位的方法。討論了干涉譜分析在水聲信號處理中應(yīng)用的優(yōu)缺點，利用干涉譜來分析目標尾流干擾的頻段，消除強線譜引起的窄帶干擾等，對水下靶場等近距離目標被動探測有一定的應(yīng)用價值。 水下高速運動目標的被動

4、跟蹤系統(tǒng)，目前已步入實際系統(tǒng)的研制階段。被動跟蹤方式的靶場測控技術(shù)，無需在目標上加裝合作信標，因而能夠大大提高試驗效率。水下高速運動目標的被動跟蹤需要面臨的主要挑戰(zhàn)是高速運動目標的多普勒效應(yīng)和水下信道的多途效應(yīng)。由于目標高速運動，產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，使得多普勒補償成為必需，然而由于水下高速運動目標的多普勒系數(shù)很大，分析多普勒變化率成為關(guān)鍵。文章首先推導(dǎo)并分析了二階多普勒系數(shù)及其對一階補償?shù)挠绊?，又對二階多普勒系數(shù)估計的信噪比條件進行了

5、 分析，之后分析了高速目標運動引起各途徑聲線之間的多普勒系數(shù)差。在此基礎(chǔ)上克服高速運動目標多普勒效應(yīng)的影響。針對被動跟蹤系統(tǒng)，為了獲得高精度解，需要采用長基線定位手段。然而，傳統(tǒng)的長基線定位在不知道目標初始位置的情況下，需要通過大量的計算來進行關(guān)聯(lián)，對于高速運動目標，同時還要進行多普勒補償，這就進一步增加了計算的負擔(dān)。根據(jù)對本跟蹤系統(tǒng)的陣形分析，提出了利用長基線和虛元短基線聯(lián)合進行被動目標跟蹤的方案。既有效地減少了計算量，又不需要增