基于寬帶激光聲源的水下目標(biāo)估計(jì).pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水下探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越高，比起使用電磁波的方法，在水下傳輸中利用水聲作為媒介可以有更低的損耗，探測(cè)距離更遠(yuǎn);但是傳統(tǒng)利用聲吶的水下探測(cè)手段具有一定的局限性，比如測(cè)繪效率比較低下，探測(cè)范圍有限，無(wú)法在暗礁等危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量;而激光致聲作為一種新型的寬帶聲源，可以在空中機(jī)載平臺(tái)發(fā)射強(qiáng)激光脈沖，在水面通過(guò)光學(xué)擊穿等形式完成光聲轉(zhuǎn)換后，以聲信號(hào)的形式繼續(xù)在水下傳輸，通過(guò)目標(biāo)反射后可以在空中檢測(cè)回波信號(hào);激光聲信號(hào)不僅具

2、有高強(qiáng)度，時(shí)域窄脈沖，頻域?qū)掝l譜等優(yōu)良特性，而且機(jī)載平臺(tái)測(cè)繪效率高，可以對(duì)危險(xiǎn)海域進(jìn)行探測(cè)，是一種非常有潛在應(yīng)用價(jià)值的聲源;
　　本論文首先介紹了激光聲源的發(fā)展歷史及其優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)水聲目標(biāo)探測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，然后給出了激光聲信號(hào)的一些理論;對(duì)于激光聲這樣一種快速衰減的瞬時(shí)信號(hào)，傳統(tǒng)譜估計(jì)方法無(wú)法獲得很高的頻率分辨率，所以本文提出了一種使用Prony算法將信號(hào)分解成一系列衰減正弦波來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻域功率譜準(zhǔn)確估計(jì)的方法，文中介紹了AR譜估計(jì)的

3、相關(guān)理論推導(dǎo)，并且分析了不同求解算法的優(yōu)劣和Prony算法改進(jìn)的方法;
　　由于聲信號(hào)在水下信道的傳播模型復(fù)雜，反射模型還受材料，尺寸，形狀等諸多參數(shù)影響，使用有限元分析軟件COMSOL來(lái)對(duì)聲-固耦合模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真;在穩(wěn)態(tài)仿真中計(jì)算目標(biāo)對(duì)球面波信號(hào)的反射特性，并且通過(guò)理論分析對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證，提出了一種通過(guò)單個(gè)寬帶聲脈沖來(lái)估算聲學(xué)平板材料厚度的方法，并且結(jié)合仿真結(jié)果驗(yàn)證了其有效性。在瞬態(tài)仿真中分析了高斯點(diǎn)聲

4、源與反射目標(biāo)相互作用的過(guò)程，并且應(yīng)用Prony算法對(duì)入射信號(hào)和反射信號(hào)頻譜進(jìn)行計(jì)算，繼而對(duì)平板聲學(xué)材料的厚度進(jìn)行估算，驗(yàn)證了厚度估計(jì)方法對(duì)瞬時(shí)信號(hào)也同樣適用，然后利用聲散射模型，反卷積算法進(jìn)行了對(duì)目標(biāo)尺寸的簡(jiǎn)單估計(jì)，結(jié)合瞬態(tài)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的驗(yàn)證。
　　最后在消聲水池中做了相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)量有機(jī)玻璃和橡膠兩種平板聲學(xué)材料的厚度，估算誤差分別是3.08％和5.12％;最后對(duì)誤差進(jìn)行了相應(yīng)的分析解釋。在千島湖船載設(shè)備上對(duì)湖底巖石區(qū)