低虚警水声遥控触发系统研究

论文摘要

水声遥控触发系统尤其是遥控爆炸的系统，要求有极高的安全性，即要求极低的虚警概率和较高的检测概率，水声遥控触发系统利用现代声纳工作原理，由发射机发射一组编码声信号，经水介质传输一定作用距离后，达到接收装置并可靠地触发装置动作。该套装置工作时，由水下运载器将带引信的炸药放置到预定地点，然后运载器向远离投放地点行驶，到达安全距离后，由操作者发射声触发信号引爆炸药。该系统由一台发射装置和一台接收声引信装置组成，发射装置包含发射换能器、电源、发射信号产生器、功放，接收装置包含接收水听器、电源、信号处理器。本系统要求在距离大于1Km时，可安全触发装置动作，其接收机虚警达到了10-10，接收机检测概率不小于90%。本文首先从理论上理解低虚警概率实现的本质，不同的DT计算公式，对应不同的检测方法，其本质是对应的检测对象的概率密度函数不同。随着数字信号处理的快速发展，多对信号进行频域检测，对不同检测方法，对应不同检测阈，推导分析了频域中虚警概率与检测阈之间的关系，并进行了仿真分析，验证了推导结果的正确性。从工程需求出发，根据要求的作用距离和环境噪音情况，利用声纳方程，合理高效设计系统，根据虚警概率和检测概率，选定检测指数，由于虚警概率极低，仅靠单频单脉冲难以达到指标要求，考虑采用四频编码形式，可以满足要求。因为待检信号为已知信号，为获取最大的接收机处理增益，拟采用匹配滤波器或与信号等长的滑动FFT窗口对信号进行匹配处理。为降低最小可检测信噪比，适当增加信号长度。考虑多途效应的影响，在不同深度、不同距离、不同时间上的信号存在起伏，设计中，我们为此保留足够的裕量设定声源级。系统设计后，对性能指标进行了预计和评估，能满足需求。最后通过了样机湖泊试验，在触发装置接收水听器附近发射干扰信号，考核了其抗干扰性能，虚警能满足要求。在规定距离上对其整个系统进行了发射和接收试验，系统能可靠地检测触发信号，检测概率能满足要求。同时采集了数据进行分析评估，结果表明该水声遥控触发系统有效地实现了远距离安全触发的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 水声遥控技术的发展
• 1.3 论文的研究内容
• 第2章 水声遥控触发系统编码技术
• 2.1 概述
• 2.2 四频编码检测概率与虚警概率的计算
• 2.2.1 两个脉冲并行检测
• 2.2.2 两个脉冲串行检测
• 2.2.3 四频编码脉冲串并行联合检测
• 2.2.4 多途和接收指向性对检测概率的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 频域检测时虚警概率与检测阈关系
• 3.1 概述
• 3.2 概率密度函数基础知识
• 3.2.1 服从高斯分布序列的概率密度分布
• 3.2.2 信号模|X|的概率密度分布
• 3.2.3 信号能量 X2的概率密度分布
• 3.2.4 两个相互独立信号相加后模|X1+jX2|的概率密度分布
• 1+jX₂|²的概率密度分布'>3.2.5 两个相互独立信号相加后能量|X₁₊jX₂|²的概率密度分布
• 3.2.6 概率密度曲线
• 3.2.7 高斯分布函数 FFT 结果的概率密度分布
• 3.3 虚警概率与检测阈 DT 的关系
• 3.3.1 虚警产生原因
• 3.3.2 高斯背景噪声下的信噪比检测
• 3.3.3 虚警概率与检测阈 DT 的关系
• 3.3.4 仿真结果
• 3.4 对已知信号的检测
• 3.4.1 系统的虚警概率
• 3.4.2 系统设计中检测阈的确定
• 3.4.3 系统检测性能的预估
• 3.5 本章小结
• 第4章 低虚警遥控触发系统设计
• 4.1 概述
• 4.2 主要技术指标要求
• 4.3 设计思路
• 4.3.1 虚警概率和检测概率
• 4.3.2 最低可检测信噪比
• 4.3.3 发射声源级
• 4.3.4 信号波形设计
• 4.4 总体技术设计
• 4.4.1 设备组成
• 4.4.2 技术设计
• 4.5 主要性能预计及评估
• 4.5.1 接收机检测概率
• 4.5.2 接收机虚警
• 4.5.3 信号检测仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 水声遥控触发装置湖上试验
• 5.1 概述
• 5.2 试验内容
• 5.3 试验情况
• 5.3.1 试验环境
• 5.3.2 抗干扰试验情况
• 5.3.3 作用距离试验情况
• 5.3.4 声引爆系统接口联调试验
• 5.4 试验结果
• 5.5 录音情况和数据分析结果
• 5.5.1 抗干扰试验
• 5.5.2 作用距离试验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢