基于矢量聲場的水下被動(dòng)探測與定位技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜海洋環(huán)境對(duì)聲納性能的限制性影響一直被認(rèn)為是水聲物理和水聲工程領(lǐng)域最重要的挑戰(zhàn)。隨著聲隱身技術(shù)和遠(yuǎn)射程對(duì)抗武器的發(fā)展,研究安靜型目標(biāo)輻射聲場特征,探索適用于復(fù)雜海洋環(huán)境的新型遠(yuǎn)程被動(dòng)探測技術(shù)勢在必行。另一方面,中、近程強(qiáng)機(jī)動(dòng)水下目標(biāo)被動(dòng)定位是發(fā)展安靜型潛艇對(duì)抗武器和其它水下航行器的重要保障。本文對(duì)水下目標(biāo)被動(dòng)探測定位領(lǐng)域最富挑戰(zhàn)性的兩個(gè)課題,即中、遠(yuǎn)程目標(biāo)被動(dòng)探測定位的物理基礎(chǔ)和中、近程強(qiáng)機(jī)動(dòng)水下目標(biāo)的高精度跟蹤定位關(guān)鍵技術(shù),展開理論

2、、試驗(yàn)和應(yīng)用研究。論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　一、淺海矢量聲場干涉結(jié)構(gòu)研究
　　推導(dǎo)了淺海矢量聲場的簡正波表達(dá)式,分析了矢量場的能量關(guān)系與特性,并對(duì)矢量聲場干涉結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了仿真研究,隨后介紹波導(dǎo)不變量的定義,探討了矢量聲場干涉結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)不變量表征,對(duì)波導(dǎo)不變量特性進(jìn)行了理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算。最后進(jìn)行了寬帶聲源輻射矢量聲場干涉特性海上測量試驗(yàn)。實(shí)測結(jié)果與理論、仿真分析有較好的一致性。
　　二、淺海矢量聲場干涉結(jié)構(gòu)的時(shí)空

3、處理及應(yīng)用研究
　　推導(dǎo)了波導(dǎo)條件下矢量線列陣常規(guī)波束形成器波束輸出的數(shù)學(xué)表達(dá)式,分析時(shí)空采樣相干處理對(duì)矢量場干涉結(jié)構(gòu)影響機(jī)理,對(duì)波束域干涉結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了仿真研究,理論、仿真結(jié)果表明波束域輸出干涉條紋強(qiáng)度、分布等細(xì)節(jié)受波束圖調(diào)制而產(chǎn)生變化,但是條紋斜率的自然不變性保持。隨后研究了干涉譜圖的映射以及映射域的脊特征,提出了基于矢量聲場干涉結(jié)構(gòu)的目標(biāo)檢測預(yù)警器,對(duì)可行性做了仿真分析,并利用海上實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)檢測預(yù)警器進(jìn)行了原理性驗(yàn)證。研

4、究結(jié)果表明,該檢測預(yù)警器可有效的檢測動(dòng)、靜目標(biāo),并指示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　三、分布式矢量陣被動(dòng)定位關(guān)鍵技術(shù)研究
　　分析了運(yùn)動(dòng)干擾對(duì)分布式定位系統(tǒng)的影響,提出了一種適應(yīng)運(yùn)動(dòng)干擾背景的單矢量水聽器目標(biāo)方位估計(jì)方法,即導(dǎo)向聲強(qiáng)器,對(duì)導(dǎo)向聲強(qiáng)器的性能進(jìn)行了仿真研究,進(jìn)行了海上試驗(yàn)驗(yàn)證和效果評(píng)估。研究了基于單矢量水聽器的方位估計(jì)器的視在方位序列的統(tǒng)計(jì)特性,提出了一種基于視在方位序列分析的分布式系統(tǒng)多站被動(dòng)定位跟蹤協(xié)同算法,該算法既可

5、減少初始航跡建立過程中產(chǎn)生的大量虛警,又可有效融合多站信息,結(jié)合導(dǎo)向聲強(qiáng)器,還能提高分布式被動(dòng)定位系統(tǒng)抗干擾能力,已投入實(shí)際應(yīng)用。
　　四、淺海信道有效聲速估計(jì)方法及應(yīng)用研究
　　提出了基于本征聲線視在搜索的淺海信道有效聲速估計(jì)方法,獲取了對(duì)三種淺海信道有效聲速空間分布的物理圖像,提出了有效聲速梯度概念,對(duì)空變特征進(jìn)行了分析,開展了淺海信道有效聲速測量實(shí)驗(yàn),并探討了淺海信道有效聲速及其估計(jì)方法在長基線水聲定位陣元位置規(guī)劃,精