矢量传感器三维末段轨迹测量技术研究

论文摘要

被动跟踪方式的靶场测控技术,无需在被测目标上加装合作信标,能够极大地提高试验效率。传统主动方式的鱼雷弹道跟踪系统因其必须在被测目标上加装合作信标的局限性,不能够满足某些新型鱼雷的试验需求。因此,必须发展高性能的水下非合作目标定位跟踪系统。本文基于水下运动目标三维被动定位和跟踪问题,重点研究了利用目标的辐射噪声和低频线谱的多基元联合被动定位技术来测量水下高速运动目标的三维末段轨迹技术。时延估计理论和声压振速联合处理用于目标方位估计理论是水下目标三维轨迹被动测量方法中的基本理论。本文首先介绍了时延估计理论的基本内容和方法,并讨论了时延估计的CRLB。阐述了声压振速联合处理用于目标方位估计的理论基础,介绍了矢量传感器确定目标方位的三种方法。研究表明,平均声强器和互谱估计器具备良好的抗相干干扰能力,在此基础上探讨的两种测向算法有较高的测向精度。在给出上述基本理论的基础上,阐述了纯方位测量被动定位技术、界面多途测深技术和垂直双阵元测深技术的基本原理,给出了相关的解算算法,并进行了一定条件下的仿真研究,最后应用湖上试验数据对算法进行了验证。试验结果表明文中采用的算法具有工程可实现性和可靠性。文章的最后一部分探讨了时间反转镜(TRM)技术在水下目标三维轨迹被动测量中的应用,讨论了被动声压反转镜定位的基本原理,在此基础上,对湖上试验数据进行了处理,试验结果与理论结果基本一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景及意义
• 1.2 水下目标三维轨迹测量系统发展概况
• 1.3 本论文的研究内容
• 第2章 水下目标三维轨迹被动测量基本理论综述
• 2.1 水下声信道的特性及声波的传播问题
• 2.2 时延估计方法概述
• 2.3 时延估计的CRLB
• 2.4 声压振速联合处理用于目标方位估计的理论基础
• 2.4.1 声场中的质点振速
• 2.4.2 各向同性噪声的声压—振速相关性
• 2.5 矢量传感器测向研究
• 2.5.1 矢量传感器抗各向同性干扰—平均声强法
• 2.5.2 矢量传感器抗各向同性干扰—声压、振速互相关分析
• 2.5.3 矢量水听器确定目标方位的基本理论
• 2.6 本章小结
• 第3章 水下目标三维末段轨迹测量技术研究
• 3.1 水下目标三维末段轨迹测量系统概述
• 3.2 纯方位测量被动定位基本原理与算法
• 3.2.1 建立基线坐标系
• 3.2.2 建立测量阵坐标系
• 3.2.3 权函数综合定位结果
• 3.2.4 数据关联
• 3.3 仿真实验与精度分析
• 3.3.1 数据关联
• 3.3.2 基线长度测量误差
• 3.3.3 滤波平滑
• 3.4 界面多途测深
• 3.4.1 浅海水下声信道
• 3.4.2 界面多途测深原理
• 3.4.3 界面多途测深仿真
• 3.5 垂直双阵元测深
• 3.5.1 垂直双阵元测深原理
• 3.5.2 垂直双阵元测深仿真
• 3.6 湖上试验数据结果分析
• 3.6.1 目标定深测量结果分析
• 3.6.2 目标定变深测量结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于时间反转镜技术的水下目标三维轨迹被动测量
• 4.1 被动声压反转镜定位原理
• 4.2 PTRM定位仿真分析
• 4.3 PTRM水下目标三维定位试验分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历