基于重力梯度的潛艇威脅目標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)，則必須上浮到水面或發(fā)射浮標(biāo)，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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(guān)概念的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了正常重力梯度的理論計算公式，為其它章節(jié)的內(nèi)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(chǎn)生影響。在對利用地形數(shù)據(jù)制備匹配導(dǎo)航重力梯度參考

3、圖方法進行深入研究的基礎(chǔ)上，提出了兩種制備適合后續(xù)目標(biāo)探測應(yīng)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(shè)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(zhuǎn)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(shù)

4、據(jù)進行目標(biāo)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(chǎn)生的擾動，構(gòu)建了定量計算海浪擾動的數(shù)學(xué)模型。計算結(jié)果可為基于重力梯度的目標(biāo)探測及導(dǎo)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(biāo)探測算法時如何添加噪聲提供了合理參照。目標(biāo)引起的重力梯度異?；蛘弋惓Ｗ兓?，是基于重力梯度進行目標(biāo)探測的基礎(chǔ)。參考圖的有無，與能否獲得目標(biāo)引起的重力梯度異常直接相關(guān)。針對參考圖已知情況下的目標(biāo)探測問題，提出了一種聯(lián)合重力及重力梯

5、度的目標(biāo)探測算法。該算法將目標(biāo)質(zhì)量與位置的估計獨立開來，避免了以往方法由于不能準(zhǔn)確估計目標(biāo)質(zhì)量，從而導(dǎo)致目標(biāo)定位不準(zhǔn)的問題，且很好的解決了對于運動目標(biāo)的探測問題。實驗表明該方法可以實時、準(zhǔn)確的探測到潛艇周圍的威脅目標(biāo)，尤其對于大質(zhì)量的目標(biāo)，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(biāo)的準(zhǔn)確定位。針對無參考圖的目標(biāo)探測問題，提出了一種基于重力梯度差分比率的目標(biāo)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(shù)值差異，通過一系列