淺海水聲定位技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、水聲定位技術(shù)在軍事和海洋科學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，它在保障國(guó)家的國(guó)防安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的順利進(jìn)行中起著重要作用?；跍y(cè)時(shí)的長(zhǎng)基線水聲定位系統(tǒng)由于定位精度高、范圍廣的特點(diǎn)是常用的定位方法之一。根據(jù)不同的工作方式可以選取不同的定位數(shù)學(xué)模型，包括球定位數(shù)學(xué)模型、雙曲線定位數(shù)學(xué)模型等。無論選用哪種定位數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)與水聽器之間的斜距都是通過傳播時(shí)間與聲速的乘積獲得，通過求解非線性方程組進(jìn)行目標(biāo)位置估計(jì)。目前普遍采用經(jīng)驗(yàn)聲速的方法獲得聲速值，它適用

2、于聲速剖面變化不大、海底與海平面對(duì)聲傳播的作用可以忽略的深海海域或者短距離定位的情況。淺海海域由于自身的特點(diǎn)對(duì)聲傳播影響很大，淺海兩點(diǎn)的聲速值由于不同的到達(dá)結(jié)構(gòu)而不同。為了提高測(cè)距和水聲定位精度，本文選取淺海海域兩點(diǎn)間的聲速，研究了淺海水聲定位技術(shù)及應(yīng)用問題。 眾所周知，淺海水聲定位主要包括兩個(gè)方面：一是聲場(chǎng)建模，二是定位算法研究。聲場(chǎng)建模是水聲定位的基礎(chǔ)，而射線理論是常用的一種模型。淺海海域由于復(fù)雜性、多途性等特點(diǎn)使得聲線傳播

3、非常復(fù)雜，目前基于聲線跨度的射線理論聲場(chǎng)模型具有精度低并且本征聲線搜索不全的缺點(diǎn)。本文在研究淺海聲線傳播的基礎(chǔ)上應(yīng)用有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)理論對(duì)淺海聲場(chǎng)進(jìn)行建模，聲線傳播嚴(yán)格遵循Snell定律。基于有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的淺海聲場(chǎng)模型克服了其他模型難以處理反轉(zhuǎn)點(diǎn)處和反射點(diǎn)處聲線傳播誤差大的缺點(diǎn)，具有更高的計(jì)算精度。數(shù)值仿真驗(yàn)證了該模型的有效性和正確性。 有效聲速法根據(jù)不同的聲線到達(dá)結(jié)構(gòu)區(qū)分聲速值，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明：深海有效聲速法比經(jīng)驗(yàn)聲速

4、法極大地提高了水聲定位精度。本文在深海有效聲速法概念的基礎(chǔ)上發(fā)展并提出了淺海有效聲速法，淺海有效聲速可以根據(jù)有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的聲場(chǎng)模型計(jì)算得出。為了滿足水聲定位實(shí)時(shí)性的要求，本文提出了淺海有效聲速建表法和查表法，并通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了方法的正確性。 淺海水聲定位技術(shù)及應(yīng)用研究作為本文的另一個(gè)研究?jī)?nèi)容，本文對(duì)深度已知的準(zhǔn)三維定位數(shù)學(xué)模型、傳感器網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致冗余信息存在等不同情況下的基于有效聲速法的水聲定位算法進(jìn)行研究，模擬仿真得出以下結(jié)論

5、：準(zhǔn)三維的定位數(shù)學(xué)模型受控于深度信息，在實(shí)際應(yīng)用中盡量采用三維定位數(shù)學(xué)模型；冗余信息可以提高水聲定位精度。通過對(duì)定位解的模糊性、無解性及水聲定位精度的幾何精度因子分析，得出一些有益的結(jié)論。數(shù)值模擬結(jié)果和理論相吻合，為水聲定位技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。 淺海水聲定位技術(shù)的研究旨在解決國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)問題，本文對(duì)此開展了深入的理論及數(shù)值研究。所做的工作能夠?qū)Ｑ筇綔y(cè)與開發(fā)、海洋工程建設(shè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和水下潛艇定位提供理