基于潛標(biāo)的甚低頻矢量水聽器被動(dòng)定位技術(shù)研究.pdf

1、矢量水聽器可以時(shí)間上同步、空間上共點(diǎn)地獲取聲場某點(diǎn)處的標(biāo)量聲壓和質(zhì)點(diǎn)矢量振速的三正交分量；與傳統(tǒng)的聲壓水聽器相比，可以提供更為完備的聲場信息，為諸多水聲問題提供了新的解決思路和方法。伴隨著矢量水聽器及矢量信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，基于矢量水聽器及其信號(hào)處理的應(yīng)用研究已成為水聲研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容。潛標(biāo)作為一種常用的水下工作平臺(tái)，搭載矢量水聽器后可以長期地監(jiān)測海洋環(huán)境噪聲場，為海洋科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持。論文以基于潛標(biāo)的甚低頻矢量水聽器應(yīng)用為背

2、景，在回顧了淺海海底參數(shù)反演技術(shù)、匹配場被動(dòng)定位技術(shù)、純方位被動(dòng)定位技術(shù)和矢量水聽器研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以目標(biāo)被動(dòng)定位技術(shù)為主線，研究了基于甚低頻聲場干涉結(jié)構(gòu)的海底參數(shù)反演技術(shù)、單矢量水聽器匹配場被動(dòng)定位技術(shù)以及多潛標(biāo)純方位被動(dòng)定位技術(shù)等內(nèi)容：
　　首先，以匹配場被動(dòng)定位技術(shù)對(duì)海底聲學(xué)參數(shù)的需求為出發(fā)點(diǎn)，研究了基于甚低頻聲場干涉結(jié)構(gòu)的海底參數(shù)反演技術(shù)。在介紹海底參數(shù)反演基本原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了基于簡正波截止頻率以及典型頻率聲波空間干

3、涉距離的目標(biāo)代價(jià)函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了海底參數(shù)靈敏度分析。以短時(shí)FFT法和“ rf?k”域時(shí)頻分析方法分析了海試爆炸脈沖信號(hào)和水面船的輻射噪聲數(shù)據(jù)，獲取了簡正波截止頻率以及典型頻率的空間干涉距離，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于單矢量水聽器的某海域海底參數(shù)反演工作。最后，設(shè)計(jì)了變深度聲源試驗(yàn)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　在海底參數(shù)反演的基礎(chǔ)上研究了基于單矢量水聽器的匹配場被動(dòng)定位技術(shù)。一方面，針對(duì)窄帶信號(hào)，利用有功聲強(qiáng)和無功聲強(qiáng)構(gòu)造了目標(biāo)模糊函數(shù)，

4、通過數(shù)值匹配的方式得到了定位模糊平面。仿真分析了參數(shù)失配（矢量水聽器布放深度、沉積層密度以及沉積層聲速等）對(duì)單矢量水聽器窄帶信號(hào)匹配場定位的影響。通過數(shù)值仿真及海試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了此方法的可行性和有效性。另一方面，針對(duì)寬帶信號(hào)，考慮到 Bartlett匹配場處理方法易受旁瓣影響的問題，提出了一種改進(jìn)的Bartlett處理器，借助矢量水聽器垂直通道信息，該方法可以有效的提高定位模糊面主瓣的尖銳程度，并抑制旁瓣的干擾。數(shù)值仿真分析了參數(shù)失配對(duì)單矢

5、量水聽器寬帶信號(hào)匹配場定位精度的影響。最后以海試確定性聲源數(shù)據(jù)和水面船輻射噪聲數(shù)據(jù)對(duì)單矢量水聽器寬帶信號(hào)匹配場被動(dòng)定位方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　最后，研究了多潛標(biāo)純方位被動(dòng)定位技術(shù)。從純方位被動(dòng)定位系統(tǒng)原理出發(fā)，對(duì)基于矢量水聽器的雙潛標(biāo)系統(tǒng)定位精度進(jìn)行了理論分析，推導(dǎo)了此條件下定位誤差的幾何稀釋度（GDOP）的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式，給出了系統(tǒng)可觀測的條件。并通過數(shù)值仿真分析了測向誤差、布放站址誤差、基線長度以及目標(biāo)位置等因素對(duì)定位精度的影響