水声信道仿真与声线修正技术研究(可复制论文).pdf

摘要水下介质是非均匀的,声线沿空间曲线传播,声线上各点声速表现出差异。对于单标作用距离达五六公里的长基线水声定位系统,典型弱负梯度声速分布已使得声线弯曲的影响不可忽略。本文致力于修正声线弯曲对长基线水声定位系统造成的影响。论文研究的主要内容包括水下声场仿真、声线修正算法及算法的工程实首先,利用射线声学的方法,简化水下声信道的物理问题,构造出平整界面和分层海洋介质假设条件下的多途信道模型。引入跨度的概念,采用初搜索和牛顿下山迭代法细搜索的本征声线搜索算法,快速准确地搜索出全部重要本征声线,从而模拟出海洋声场。与湖试数据的比较,初步验证了该模其次,利用多途信道模型对海洋中有效声速进行了仿真研究,得到了海洋中有效声速变化的一些基本规律,并利用有效声速的概念定量地计算了由声线弯曲导致的水声定位结果偏差。再次,在提出基于距离量和时延量的有效声速建表和局部区域线性内插查表法后,采用直接查表和时钟偏差寻优算法分别对同步、非同步定位系统最后,利用多途信道模型和基于有效声速的声线修正算法对水下目标跟踪系统中的专家系统模块和声线修正模块进行了设计。仿真数据和外场试验数据处理结果充分验证了多途信道模型与声线修正关键词:水声定位系统;水声信道;有效声速;声线修正哈尔滨工程大学硕宦畚现与验证。型。进行声线修正。方法的有效性。
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作者┳:荆作者┳:换立磅学位论文原创性声明学位论文授权使用声明土泸勺年弓月烊哈尔滨工程大学房涯曛翵易日。δ旯拢既本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文谠谑谟柩缓蠹纯口在授予学位个月后解密后晒豕こ檀笱徒挥泄夭棵沤斜4妗⒒惚嗟取日期:导师┳:口。
第滦髀水声定位系统发展概述引言海洋是资源的宝库、运输的大动脉、影响地球天气的决定性因素,同时也是国家安全的重要屏障。由于海洋对光波与电磁波基本上是“不透明”的,声波是目前唯一能在海洋中远距离传播的波动形式。水声技术已成为实施海洋资源调查、海洋环境监测、保障海洋安全的重要手段,广泛应用于海洋石油勘探、海洋生物资源的调查、海流的遥测、全球大洋声学测温、海底地貌与底质的探测等等¨K际醯难杆俜⒄梗环矫娴靡嬗谙执藕糯砝论的发展,电子技术的发展特别是集成电路和高性能信号处理器的发展,更重要的一方面是得益于对水声信道的深入认识。水声技术发展的必然趋势就是进一步研究信道对信息进行的各种变换及声纳系统如何与声信道、海洋环境相适配㈣删。水声定位系统主要指的是可以用于局部区域精确定位导航的系统唧。大多数的水声定位系统,都是在某一参照系内通过测距或测向确定航行器或目标的位置。按照接收基阵的尺寸或应答器基阵的基线长度来分类,水声定位系统可以分为长基线、短基线和超短基线三种。长基线系统能够提供高精度的区域性定位或跟踪,大致在上个世纪五六十年代,便已出现在国外的海军受各种物理因素的制约超短基线系统的进展是最慢的,直到年代初见到相长基线系统蔷湎低常上嗔谌或四个鞴钩梢换螅通过测量到达各阵元的声信号传播时间来确定目标的位置。长基线定位系统的优点是:定位精度比较高;测量的范围可以很广:定位精度和深度无关。长基线定位系统的缺点是:系统构成复杂,测量阵布放费时费力;对沉于水底的接收阵元位置的校准较为繁琐。短基线定位系统ǔJ窃诖谆虼喜贾个以上的基元构成基鱼雷靶场小J笛樾缘亩袒呦低吃蛞W匪莸甏跗冢饕O抻诿裼谩关报道㈨。哈尔滨倘搜妒垦宦畚
海洋中声传播与射线声学基础线阵,通过测量声波在目标与各个基元之间的传播时间差来解算目标的方位和距离,进而推算出目标的坐标。为了获取测量阵的位置和姿态,短基线定位系统需要配有垂直参考单元⒙蘧筒慰甲标系统话阌肎或6袒叨ㄎ幌低车挠诺闶牵合低匙槌杉虻而便于操作;测距精度高。短基线定位系统的缺点是:需要在船底