聲相關(guān)測速技術(shù)研究.pdf

1、聲相關(guān)計程儀利用“波形不變性原理”進(jìn)行測速，是一種適合裝備在潛艇及自主水下運(yùn)載器的導(dǎo)航設(shè)備，相比于聲多普勒計程儀而言，由于采用垂直向下發(fā)射寬波束，不但可以得到更強(qiáng)的回波信號，而且在相同換能器尺寸的前提下，可以采用更低的工作頻率以減少海水吸收和傳播損失，從而使相關(guān)計程儀要比多普勒計程儀作用距離遠(yuǎn)得多。聲相關(guān)計程儀的研究對維護(hù)我國的海洋權(quán)益，科學(xué)開發(fā)海島、利用海洋資源具有重要意義。
　　論文根據(jù)聲相關(guān)計程儀的工作原理進(jìn)行仿真系統(tǒng)的總體

2、方案設(shè)計，將系統(tǒng)仿真分為海底回波仿真、波形設(shè)計、海底探測、換能器基陣設(shè)計、構(gòu)造代價函數(shù)及尋優(yōu)算法等若干模塊，模塊化的設(shè)計理念有利于系統(tǒng)的維護(hù)及今后向硬件平臺的移植。
　　論文根據(jù)單脈沖發(fā)射體制對相位編碼的要求，采用截短的Gold序列平衡碼作為子碼，構(gòu)成所需位數(shù)的長碼，所產(chǎn)生編碼的自相關(guān)函數(shù)具有雙相關(guān)峰特性，這與雙脈沖發(fā)射的測速體制相對應(yīng)，解決了雙脈沖發(fā)射體制測速中脈沖寬度和脈沖發(fā)射間隔時間之間的矛盾。論文將Kirchhoff海底散

3、射模型和混響網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，實現(xiàn)了海底回波信號的仿真。利用時-空相關(guān)函數(shù)，推導(dǎo)出一維到三維船速，采用平面陣進(jìn)行接收時，兩基元接收回波相關(guān)性最大的條件，該結(jié)論對聲相關(guān)計程儀回波信號的仿真及平面陣測速研究具有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　換能器基陣結(jié)構(gòu)設(shè)計在聲相關(guān)測速技術(shù)中具有重要地位，由于測速原理是根據(jù)接收換能器基元之間形成的不同位置矢量而不是不同的基元位置來提高測速的空間分辨力，因此換能器基陣結(jié)構(gòu)設(shè)計實際上是在保證陣列孔徑利用率一定的

4、前提下，能夠采用盡量少的換能器基元實現(xiàn)聲相關(guān)測速的需求。論文根據(jù)聲相關(guān)計程儀的測速特點，研究了一維、二維基陣的設(shè)計方法，在借鑒傳統(tǒng)的約束最小冗余線陣概念的基礎(chǔ)上，重新定義了冗余因子、建立理想位置矢量圖模型、提出位置矢量覆蓋率等概念，進(jìn)而實現(xiàn)了適合應(yīng)用于聲相關(guān)測速需求的二維基陣的快速設(shè)計。
　　針對海底混響回波信號具有“拖尾”的特性，論文研究了沖激響應(yīng)具有二階導(dǎo)數(shù)特性的匹配濾波器，補(bǔ)償了傳播損失對信號幅度衰減的影響，提高了檢測概率，