深海多垂直阵目标被动定位技术研究

论文摘要

水声定位是海洋科学中的一项重要内容,最近几十年以来一直是水声工作者研究的一个热点。水声定位分为主动定位和被动定位,前者主要利用声源发射信号作为定位源,与目标的散射特性有关,但有较多的信号先验知识;而后者主要利用未知的目标辐射噪声特性。两类水声定位方法都与其所在的信道特性息息相关。本论文将结合深海信道特性与阵列信号处理技术,对空间分布的多垂直阵的目标被动定位方法展开研究。首先,根据深海中声波传播的特点,对单垂直阵匹配场定位技术展开研究。匹配场定位方法可以确定目标声源的水平距离和深度坐标,但是对环境参数比较敏感。论文给出了深海匹配场定位的方法,并对其性能进行了计算机仿真,对匹配场定位精度进行评价。其次,基于深海信道效应对基于阵列波束形成的固定宽带目标深度距离二维估计方法展开了研究。在深海信道条件下,结合射线声学中海面海底声信号反射产生的多途效应,分析了垂直阵接收的直达声波以及多途反射声波与固定声源目标位置之间的关系,对利用单垂直线阵接收的声源目标信号做波束形成,获得声源目标的方位信息,根据目标方位信息估计水平距离,同时结合垂直阵波束形成的输出序列中包含的声源深度信息,对声源的深度进行解算,获得固定宽带声源目标的位置信息。然后,深海多途条件下,对接近海面的单频运动声源目标的深度进行估计。在深海多途的基础上,结合射线理论和镜面反射原理,通过垂直阵的波束形成,获得一段时间内的运动目标俯仰角变化以及波束形成的输出功率。通过对波束形成输出功率做傅里叶变换并沿着俯仰角变化路径积分,得到声源深度与输出功率之间关系,进而得到运动目标的深度信息。最后,在单垂直阵的被动定位方法的基础上,利用多垂直阵对多目标空间联合定位方法展开研究。首先通过对各垂直阵进行波束形成,以区分多途信号中直达波和海面反射波,进而提高声源与垂直阵间时延估计精度。利用多垂直阵间波束输出的相关处理,克服多目标之间的互干扰,最后利用各阵之间的时延差估计结果进行长基线双曲定位,获得目标的位置,并给出了相应的深海多垂直阵联合被动定位的性能。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 立题背景及意义

1.2 深海海洋环境的特点

1.3 深海被动定位技术发展现状

1.3.1 单水听器定位

1.3.2 多水听器定位

1.3.3 垂直阵定位

1.4 本文的主要研究内容

第2章基于信道匹配的深海目标定位

2.1 垂直阵匹配场定位方法

2.1.1 基本原理

2.1.2 仿真及性能评价

2.1.3 试验数据分析

2.1.4 双垂直阵的匹配场定位方法

2.2 垂直阵波束形成

2.2.1 基本原理

2.2.2 深海条件下的可行性验证

2.3 一种俯仰角匹配的水平距离估计方法

2.3.1 基本原理

2.3.2 仿真及性能分析

2.4 本章小结

第3章基于干涉结构的深海目标深度估计

3.1 深海多途信号的干涉特性

3.2 基于干涉结构的固定目标深度估计

3.2.1 基本原理

3.2.2 声源深度估计方法

3.3 基于干涉结构的运动目标深度估计

3.3.1 运动目标与接收阵之间相对位置关系

3.3.2 目标深度解算

3.3.3 仿真及性能分析

3.4 本章小结

第4章多垂直阵联合多目标定位方法

4.1 深海双目标多途信号分析

4.1.1 深海双目标信号传播特性

4.1.2 基于垂直阵的目标多途信号的分离

4.1.3 双目标信号的分离

4.2 基于时延的声源位置估计

4.2.1 定位原理

4.2.2 声源坐标估计误差分析

4.3 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

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李若男

导师: 兰华林

关键词: 水声定位,深海,多垂直阵,深度估计

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: P733.2

总页数: 70

文件大小: 2856K

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深海多垂直阵目标被动定位技术研究

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