基于水下小平台的被动声探测定位技术研究

【摘要】：水下小型武器平台具有无人控制自主工作的特点，具有对水面舰船和水下目标两种目标自主探测、定位的能力，战场无人化的发展趋势要求水下作战平台进一步提高对目标的定位距离、定位精度和打击效能。 论文针对水下小型武器平台对目标探测定位这一需求进行了理论和试验研究。论文首先阐述了研究背景，分析了小型武器平台的发展需求，对水下目标定位跟踪方法做了回顾和比较，对水下小型武器平台的工作环境和工作特点进行了分析。 由于探测系统工作在水下小型平台上，平台的结构和尺度限制了声学基阵的阵形和孔径，进而限制了声学探测系统的工作方式和性能。本论文在对现有的小平台声学探测基阵进行分析的基础上提出了适用于小平台的平面三元等边阵、平面三元直角阵和立体正三棱锥阵三种阵形，推导了定位解算公式，分析了影响解算精度的因素，仿真研究了对水面目标的定位精度，给出了三种阵形能达到的定位精度和最佳定位区域，在水下平台实际应用条件下分析了探测系统达到的定位精度，为水下小平台探测系统的声学基阵设计拓宽了思路并提供了理论参考。 水下小平台探测包括对水下目标的方位、距离和深度的测量。为了解决静止不动、单点独立的水下小平台对水下目标的定位问题，本论文充分利用了水下目标声信号在水声信道传播中的多途信息，利用倒谱技术实现了多途时延的提取，提出了一种利用超短基阵定向与多途时延估计相结合的水下目标定位方法，湖上试验数据证明了方法的有效性和可行性。 本论文将矢量水听器技术应用于水下小平台探测，提出了基于矢量水听器极性信号处理的目标检测方法，推导了解算公式，分析了处理增益，并进行了仿真验证；结合移相网络实现了超低功耗的目标检测系统设计，突破了水下小平台对低功耗和小尺度要求的瓶颈。湖上试验证明了该方法的有效性和可靠性。 论文结合水下小型武器平台的发展需求，通过系统研究，完成了探测系统布阵形式、信号处理方法的理论分析和技术实现，形成了完整的小型水下主动攻击武器平台目标探测的方案体系，提出的定位方法解决了水下小型平台对水面和水下目标探测、定位的难题，对研制新型水下武器的探测系统具有很大的研究意义和应用价值。