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水下被动目标瞬态特征检测技术研究

刘文海  
【摘要】:随着鱼雷技术的迅速发展,如何有效地防御鱼雷的进攻成为潜艇防御与水下武器对抗的重要研究课题。鱼雷空投和潜射过程中,产生了击水声、盖板声、点火声等瞬态信号。与其他信号相比,这些瞬态信号具有独特的特征,对于及时发现鱼雷和快速进行鱼雷报警有着重要意义。 首先对鱼雷空投和潜射过程产生瞬态信号的机理进行了研究,并在此基础上,对信号进行了仿真和试验数据的处理。对空投入水过程进行了研究,得出其对应的各个阶段信号特点,仿真了入水冲击声、寂静段和脉动声信号。对潜射鱼雷所涉及的瞬态信号进行了研究,在对鱼雷潜射过程分析基础上,提取了相应的盖板声、点火声等瞬态信息。经过对仿真信号和三个潜射鱼雷试验数据样本的处理,对潜射鱼雷瞬态信号,尤其是盖板声、点火声信号的特点进行了研究。 其次,对于空投和潜射鱼雷瞬态信号分析方法进行了研究、对比和应用。对常规信号处理方法的特点进行了分析,仿真验证了时频测不准原理以及复杂包络形式对时频分析的影响。对EMD分解理论进行了阐述,研究了EMD分解在不同信噪比条件下的性能,结果表明以EMD分解为基础的模态分解方法是一种具有稳健性、适合于不同信噪比场合应用的有效手段。1(1/2)谱是目前应用较为广泛的高阶统计量分析手段,它具有独特的谐波检测能力,在分析谐波成分存在时有很好的处理效果。 针对鱼雷空投和潜射过程中的击水声、盖板声、启动声等瞬态信号,给出了各自适用的瞬态信号处理方法。试验数据处理结果表明,盖板声信号由多次响应及其谐波成分构成,适合采用时频分析、EMD分解或者两者结合进行研究;击水声信号的起始尖峰是较强的脉冲信号,能量比较集中,采用短时能量检测器有利于稳健的检测,其后续脉动信号可在EMD分解的模态信息下予以分析。点火声属于一个复杂的信号,它包括发动机噪声和螺旋桨的噪声。根据鱼雷启动过程中的系列瞬态信号,设计了一种基于统计量的联合瞬态信号检测器,理论和试验数据处理结果表明该处理器对于较低信噪比下鱼雷启动信号的检测性能有着显著的提升。 最后,在水下瞬态信号短时能量检测基础上,对实测瞬态信号利用分离子阵实现了对敲击声源的定位。设计了一种鱼雷盖板声和点火信号的数据联合定位方法,可实现对鱼雷发射瞬态信号的定位。对比结果表明数据信息的联合可以提高样本有效长度,改善系统定位精度。针对鱼雷线谱特性分析问题,设计了一套线谱净化、归类措施。研究了二阶自适应跟踪滤波器,提高了对轨迹的滤波跟踪性能。设计了基于Hough变换的轨迹信息增强方法,仿真了对于微弱运动目标轨迹增强能力,对被动定位轨迹跟踪效果进行了改善和性能提高。上述诸方面措施的综合应用,将为提升潜艇对鱼雷的防护能力提供更好的手段和技术支持。 本文对于鱼雷启动阶段瞬态特征进行了分析,并探讨了相关瞬态信号处理方法,研究成果将为潜艇对鱼雷的早期预警、探测和定位跟踪服务。


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