基于重力梯度的潛艇威脅目標探測方法研究.pdf

1、潛艇是一種重要的軍事裝備，確保潛艇在水下的安全是保障其發(fā)揮非凡戰(zhàn)斗力的前提。潛艇在水下航行時易受到航道上沉船、礁石，及敵方空中反潛機等物體或目標的威脅。由于海洋特殊環(huán)境的限制，潛艇在水下航行時探測其它威脅目標的手段非常局限，如探測水下礁石等只能依靠主動式聲吶，發(fā)射聲納極其容易暴露自身。潛艇為了探測空中目標，則必須上浮到水面或發(fā)射浮標，這兩種方案都容易破壞潛艇的隱蔽性。為了有效解決以上問題，本文提出了基于重力梯度的威脅目標探測方法。得益于

2、重力梯度測量的被動性，潛艇在有效探測威脅目標的同時，還可保障隱蔽性。通過對重力梯度測量模型的分析，分別從正常重力梯度值、重力梯度參考圖的制備、海浪對重力梯度測量帶來的擾動影響、威脅目標探測方法等方面進行了深入系統(tǒng)研究。
　　本文在介紹重力、重力位、重力梯度等相關概念的基礎上，推導了正常重力梯度的理論計算公式，為其它章節(jié)的內容提供了理論支撐。潛艇在水下航行時，海底地形會對重力梯度測量產生影響。在對利用地形數據制備匹配導航重力梯度參考

3、圖方法進行深入研究的基礎上，提出了兩種制備適合后續(xù)目標探測應用的重力梯度參考圖方法。一種是引入了地殼均衡模型修正重力梯度公式中地殼密度的常規(guī)參考圖制備方法，該方法適合大范圍、大尺度的參考圖制備。另一種是基于地形密度均勻變化假設的非常規(guī)參考圖制備方法，該方法將參考圖的量綱從重力梯度度量單位轉化為重力梯度異常比率，避開了對地形密度的直接估計，實現(xiàn)了參考圖制備方法的突破，實驗表明，該方法制備的參考圖比之前方法效果更好。海浪對利用重力梯度測量數

4、據進行目標探測帶來了負面影響。論文研究了不同海況、不同測量深度下海浪對重力梯度產生的擾動，構建了定量計算海浪擾動的數學模型。計算結果可為基于重力梯度的目標探測及導航提供有效的理論支持，同時也為后續(xù)章節(jié)中仿真驗證目標探測算法時如何添加噪聲提供了合理參照。目標引起的重力梯度異?；蛘弋惓Ｗ兓?，是基于重力梯度進行目標探測的基礎。參考圖的有無，與能否獲得目標引起的重力梯度異常直接相關。針對參考圖已知情況下的目標探測問題，提出了一種聯(lián)合重力及重力梯

5、度的目標探測算法。該算法將目標質量與位置的估計獨立開來，避免了以往方法由于不能準確估計目標質量，從而導致目標定位不準的問題，且很好的解決了對于運動目標的探測問題。實驗表明該方法可以實時、準確的探測到潛艇周圍的威脅目標，尤其對于大質量的目標，如礁石、沉船等，即使在海況較差的情況下，也可以實現(xiàn)目標的準確定位。針對無參考圖的目標探測問題，提出了一種基于重力梯度差分比率的目標探測方法。該方法利用潛艇航線上鄰近測量點重力梯度的數值差異，通過一系列