導航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術研究.pdf

1、水聲定位技術廣泛應用于軍事和民用的各個領域，為海洋的開發(fā)和利用提供精確的空間位置和技術支持，是海洋科學技術的重要組成部分，不斷地推動著海洋科學技術的發(fā)展和進步。 本論文的主要工作包括導航定位通信一體化系統(tǒng)總體方案設計與實現，對影響系統(tǒng)性能的兩個關鍵指標——導航定位精度和作用距離進行分析論證，水下運動目標的多普勒測量技術及自適應濾波器頻點自跟蹤技術，海底應答器陣位測量技術，最后通過試驗驗證了系統(tǒng)的工作性能。 在分析了設計需

2、求的基礎上提出了系統(tǒng)的總體設計思想：通過在海底布放大范圍的應答器陣完成對水下目標的導航功能，通過海面的浮標和工作母船上的船載測距儀完成定位監(jiān)測功能；由于單陣元水聲作用距離有限，通過無線電和水聲聯(lián)合工作，實現對水下目標的大范圍測量和應答器節(jié)點的遠距離管理控制。給出了系統(tǒng)的結構設計和導航定位原理；針對系統(tǒng)功能指標的要求論證了水聲信號處理和無線電、水聲通信方案。 通過對導航定位原理的分析，確定了影響系統(tǒng)定位精度的主要因素為測時誤差、測

3、陣誤差和測速誤差，討論了各因素對導航定位精度的影響，為測時方案和測陣方案的制定提供了理論依據；在理論上分析了天線高度與無線電通信距離的關系，為無線電遙控平臺的設計提供了理論依據；進行了導航定位作用距離的指標論證，分析了指標規(guī)定的極限距離條件下利用所設計的水聲信號處理算法能達到的測時精度和系統(tǒng)的定位精度。 水下目標在航行過程中發(fā)送詢問信號，在接收陣元將產生多普勒現象，本文中提出了一種基于時延差的多普勒測量方法，該方法通過測量接收信

4、號的時延差，實現高精度的多普勒估計，將其估計多普勒的性能與工程上廣泛應用的自適應Notch濾波器頻率估計器的多普勒估計性能進行了對比研究。分析了Notch濾波器的帶寬和中心頻率對處理增益的影響，將測得的多普勒用于調整Notch濾波器的中心頻率，實現頻點自跟蹤，以達到提高信號處理增益和增大作用距離的目的。建立了一個測量徑向速度求解目標運動速度的模型，完成對水下目標運動速度的監(jiān)測。 本系統(tǒng)通過海面和海底的陣元實現對水下目標的導航定位

5、，陣元的定位精度是影響導航定位精度的重要因素之一。水面的陣元可以借助GPS得到精確的陣位坐標，海底的應答器陣則需要進行陣位坐標校準。針對本系統(tǒng)大范圍應答器陣校準的要求，設計了一套絕對測陣與相對自測陣相結合的海底應答器陣位測量方案，利用本系統(tǒng)的無線電和水聲的組合遙控功能避免了工作船遠距離航行，實現了高效、精確的陣位測量。海水中的聲速分布是多變的，聲線傳播會產生測距誤差進而影響應答器陣位的測量精度，本文采用了射線聲學分層介質的方法對測陣過程