水下動(dòng)目標(biāo)被動(dòng)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水下被動(dòng)定位技術(shù)一直以來是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著對(duì)水下聲場(chǎng)研究的進(jìn)一步深入，出現(xiàn)了以聲場(chǎng)分析為基礎(chǔ)的匹配場(chǎng)被動(dòng)定位技術(shù)。TMA技術(shù)則通過對(duì)一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的綜合利用，來對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。它們是被動(dòng)定位技術(shù)中新發(fā)展起來的兩個(gè)熱點(diǎn)。本文以這兩種方法為出發(fā)點(diǎn)，通過分析低頻矢量聲場(chǎng)，探索適用于單水聽器(矢量水聽器)的被動(dòng)定位新方法。 文中首先根據(jù)射線理論建立了低頻矢量聲場(chǎng)的模型，給出了傳播損失曲線，并與波動(dòng)理論結(jié)果進(jìn)行了比較，說明射線

2、理論在近距離是波動(dòng)理論的良好近似。通過對(duì)聲壓、振速的干涉現(xiàn)象進(jìn)行分析，說明了聲壓和水平振速符合一致的傳播規(guī)律。之后，以干涉聲場(chǎng)分析為基礎(chǔ)，分析了水面艦船干涉條紋的雙曲線簇分布規(guī)律，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)(包括速度、深度和水平距離)將決定雙曲線簇的形狀。分別討論了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)在深海和淺海狀態(tài)下，干涉條紋的不同特點(diǎn)。Hough變換是一種用于邊緣檢測(cè)的圖像處理手段，在水聲信號(hào)處理中已被用來與時(shí)頻分析手段聯(lián)合起來對(duì)信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，例如Wigner—Hough

3、變換利用對(duì)直線的Hough變換來估計(jì)線性調(diào)頻信號(hào)斜率等。針對(duì)干涉譜雙曲線型條紋，本文利用Hough變換提取雙曲線參數(shù)，可以分析目標(biāo)的航速、航深和最近通過距離。然后，文章從理論上分析了干涉譜中頻率周期的物理意義，給出了測(cè)量干涉頻率周期對(duì)目標(biāo)定位的方法。討論了干涉譜分析在水聲信號(hào)處理中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，利用干涉譜來分析目標(biāo)尾流干擾的頻段，消除強(qiáng)線譜引起的窄帶干擾等，對(duì)水下靶場(chǎng)等近距離目標(biāo)被動(dòng)探測(cè)有一定的應(yīng)用價(jià)值。 水下高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的被動(dòng)

4、跟蹤系統(tǒng)，目前已步入實(shí)際系統(tǒng)的研制階段。被動(dòng)跟蹤方式的靶場(chǎng)測(cè)控技術(shù)，無需在目標(biāo)上加裝合作信標(biāo)，因而能夠大大提高試驗(yàn)效率。水下高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的被動(dòng)跟蹤需要面臨的主要挑戰(zhàn)是高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒效應(yīng)和水下信道的多途效應(yīng)。由于目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，使得多普勒補(bǔ)償成為必需，然而由于水下高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒系數(shù)很大，分析多普勒變化率成為關(guān)鍵。文章首先推導(dǎo)并分析了二階多普勒系數(shù)及其對(duì)一階補(bǔ)償?shù)挠绊懀謱?duì)二階多普勒系數(shù)估計(jì)的信噪比條件進(jìn)行了

5、 分析，之后分析了高速目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起各途徑聲線之間的多普勒系數(shù)差。在此基礎(chǔ)上克服高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)多普勒效應(yīng)的影響。針對(duì)被動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，為了獲得高精度解，需要采用長(zhǎng)基線定位手段。然而，傳統(tǒng)的長(zhǎng)基線定位在不知道目標(biāo)初始位置的情況下，需要通過大量的計(jì)算來進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，同時(shí)還要進(jìn)行多普勒補(bǔ)償，這就進(jìn)一步增加了計(jì)算的負(fù)擔(dān)。根據(jù)對(duì)本跟蹤系統(tǒng)的陣形分析，提出了利用長(zhǎng)基線和虛元短基線聯(lián)合進(jìn)行被動(dòng)目標(biāo)跟蹤的方案。既有效地減少了計(jì)算量，又不需要增