基于矢量聲場的水下被動探測與定位技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜海洋環(huán)境對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)程被動探測技術(shù)勢在必行。另一方面,中、近程強機動水下目標(biāo)被動定位是發(fā)展安靜型潛艇對抗武器和其它水下航行器的重要保障。本文對水下目標(biāo)被動探測定位領(lǐng)域最富挑戰(zhàn)性的兩個課題,即中、遠(yuǎn)程目標(biāo)被動探測定位的物理基礎(chǔ)和中、近程強機動水下目標(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,對波導(dǎo)不變量特性進(jìn)行了理論推導(dǎo)和數(shù)值計算。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。實測結(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,分析時空采樣相干處理對矢量場干涉結(jié)構(gòu)影響機理,對波束域干涉結(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,對可行性做了仿真分析,并利用海上實測數(shù)據(jù)對目標(biāo)檢測預(yù)警器進(jìn)行了原理性驗證。研

4、究結(jié)果表明,該檢測預(yù)警器可有效的檢測動、靜目標(biāo),并指示目標(biāo)運動狀態(tài)。
　　三、分布式矢量陣被動定位關(guān)鍵技術(shù)研究
　　分析了運動干擾對分布式定位系統(tǒng)的影響,提出了一種適應(yīng)運動干擾背景的單矢量水聽器目標(biāo)方位估計方法,即導(dǎo)向聲強器,對導(dǎo)向聲強器的性能進(jìn)行了仿真研究,進(jìn)行了海上試驗驗證和效果評估。研究了基于單矢量水聽器的方位估計器的視在方位序列的統(tǒng)計特性,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)向聲強器,還能提高分布式被動定位系統(tǒng)抗干擾能力,已投入實際應(yīng)用。
　　四、淺海信道有效聲速估計方法及應(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方法,獲取了對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,對空變特征進(jìn)行了分析,開展了淺海信道有效聲速測量實驗,并探討了淺海信道有效聲速及其估計方法在長基線水聲定位陣元位置規(guī)劃,精