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《哈尔滨工程大学》 2007年
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水下动目标被动跟踪关键技术研究

杨娟  
【摘要】: 水下被动定位技术一直以来是人们关注的焦点。随着对水下声场研究的进一步深入,出现了以声场分析为基础的匹配场被动定位技术。TMA技术则通过对一段时间内数据的综合利用,来对目标运动状态进行分析。它们是被动定位技术中新发展起来的两个热点。本文以这两种方法为出发点,通过分析低频矢量声场,探索适用于单水听器(矢量水听器)的被动定位新方法。 文中首先根据射线理论建立了低频矢量声场的模型,给出了传播损失曲线,并与波动理论结果进行了比较,说明射线理论在近距离是波动理论的良好近似。通过对声压、振速的干涉现象进行分析,说明了声压和水平振速符合一致的传播规律。之后,以干涉声场分析为基础,分析了水面舰船干涉条纹的双曲线簇分布规律,目标运动的状态(包括速度、深度和水平距离)将决定双曲线簇的形状。分别讨论了目标运动在深海和浅海状态下,干涉条纹的不同特点。Hough变换是一种用于边缘检测的图像处理手段,在水声信号处理中已被用来与时频分析手段联合起来对信号进行估计,例如Wigner-Hough变换利用对直线的Hough变换来估计线性调频信号斜率等。针对干涉谱双曲线型条纹,本文利用Hough变换提取双曲线参数,可以分析目标的航速、航深和最近通过距离。然后,文章从理论上分析了干涉谱中频率周期的物理意义,给出了测量干涉频率周期对目标定位的方法。讨论了干涉谱分析在水声信号处理中应用的优缺点,利用干涉谱来分析目标尾流干扰的频段,消除强线谱引起的窄带干扰等,对水下靶场等近距离目标被动探测有一定的应用价值。 水下高速运动目标的被动跟踪系统,目前己步入实际系统的研制阶段。被动跟踪方式的靶场测控技术,无需在目标上加装合作信标,因而能够大大提高试验效率。水下高速运动目标的被动跟踪需要面临的主要挑战是高速运动目标的多普勒效应和水下信道的多途效应。由于目标高速运动,产生的多普勒效应,使得多普勒补偿成为必需,然而由于水下高速运动目标的多普勒系数很大,分析多普勒变化率成为关键。文章首先推导并分析了二阶多普勒系数及其对一阶补偿的影响,又对二阶多普勒系数估计的信噪比条件进行了分析,之后分析了高速目标运动引起各途径声线之间的多普勒系数差。在此基础上克服高速运动目标多普勒效应的影响。针对被动跟踪系统,为了获得高精度解,需要采用长基线定位手段。然而,传统的长基线定位在不知道目标初始位置的情况下,需要通过大量的计算来进行关联,对于高速运动目标,同时还要进行多普勒补偿,这就进一步增加了计算的负担。根据对本跟踪系统的阵形分析,提出了利用长基线和虚元短基线联合进行被动目标跟踪的方案。既有效地减少了计算量,又不需要增加系统设计成本,达到了最优的设计目的。在近程高精度跟踪系统中,多途效应成为影响定位精度的主要因素,根据本系统用于测量近程高速变深运动目标的特点,设计了被动目标跟踪的抗多途专家系统,能够有效减小相关峰的误判概率,从而保证了被动跟踪系统对水下高速运动目标的运动轨迹可以进行有效测量。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB566

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【引证文献】
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1 余赟;浅海低频声场干涉结构及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 孙国仓;浅海矢量声场及其信号处理[D];哈尔滨工程大学;2008年
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1 何文翔;矢量传感器多普勒定位研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 崔思明;矢量浮标阵定位系统综合显控平台设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 罗方方;基于时反垂直阵的运动多目标定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
【参考文献】
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1 王德俊;矢量声场与矢量信号处理理论研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
【共引文献】
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3 张明敏;卢建斌;席泽敏;;波动声场中的远场条件[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
4 王凯;李军;;基于匹配滤波的水声信道估计[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
5 王辉辉;张群飞;;光纤水听器阵列超增益波束形成研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
6 李凡;郭圣明;郭新毅;陈耀明;;环境不确定条件下的声纳性能预报[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
7 李军;蔡润泽;吴越;;基于复倒谱的水声信道均衡[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
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9 韩梅;程艳合;宋汝刚;;声纳浮标区域阵型建模与研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
10 范培勤;笪良龙;晋朝勃;韩梅;;浅海中声纳系统最优工作深度选择研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
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1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
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5 邓志鑫;基于因子图消息传递算法的伪码快速捕获方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
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7 刘友永;水声差分跳频通信关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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1 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
2 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
3 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
4 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年
5 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
6 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
7 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
8 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
9 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
10 李帆;基于LMS的离散分数阶Fourier变换移动算法研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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5 肖亮;韩焱;;基于多阵元基阵的超短基线声定位方法[J];弹箭与制导学报;2006年04期
6 毛卫宁;水下被动定位方法回顾与展望[J];东南大学学报(自然科学版);2001年06期
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9 安良;王志强;陆佶人;;利用LOFAR谱图的二维傅里叶变换脊计算波导不变量[J];电子与信息学报;2008年12期
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1 王燕;惠俊英;梁国龙;;基于目标方位及时延差的双基阵目标运动分析[A];2001年全国水声学学术会议论文集[C];2001年
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1 程宏;鱼雷弹道跟踪系统时延估计方法研究[D];西北工业大学;2002年
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5 张晓亮;长程超短基线定位系统信号处理算法仿真及软件设计[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 许可喜;被动声探测若干关键技术研究[D];南京理工大学;2005年
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【二级引证文献】
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1 赵安邦;刘佳蕾;崔化超;陈阳;余赟;李桂娟;;基于Radon变换的速变谱提取算法[J];声学技术;2012年04期
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1 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 余赟;浅海低频声场干涉结构及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 周伟;直升机激发水下声场的理论及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 庄玮;多平台定位系统的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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9 黄锐;水下声场的标量、矢量特征及其变化规律的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
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【相似文献】
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7 杨蕾;被动型声纳浮标定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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