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分布式多矢量水听器联合跟踪定位技术研究

韩宇  
【摘要】:测量水下目标的辐射噪声,获取其声学信息,可以为减振降噪提供指导建议。而水下目标与测量点之间距离的准确测量,是目标声源级计算的关键。传统的水下目标定位跟踪测量是在目标上加装合作信标,但随着减振降噪和声隐身技术的发展,现已不能满足噪声测量领域新的需求。矢量水听器的出现为噪声测量提供了新的方向,由于矢量水听器可以兼获声场中的声压信息与质点振速信息,所以联合处理它们必将提升水下噪声测量的能力。本文利用矢量水听器声压振速联合处理技术,详细的阐述了声压与振速之间的关系,研究了利用矢量水听器进行测向的基本方法,分别是基于平均声强法和互谱声强法的目标测向方法,并建立了基于矢量水听器测向的时域模型和频域模型。根据矢量水听器的测向原理,利用单只矢量水听器即可对目标进行高精度的测向;利用两只矢量水听器,通过三角交汇的方法,就能对目标的运动轨迹进行跟踪定位,同时采用卡尔曼滤波算法可以对目标运动轨迹做进一步的优化。对目标运动轨迹的后置处理,采用最小二乘法进行轨迹拟合,能够得到比较理想的轨迹拟合效果。数据融合技术与卡尔曼滤波算法结合起来,可以使矢量水听器获得的数据信息得到充分的利用,使被动定位系统的跟踪和定位性能得到了显著的提高,在小范围内快速、精确地定位出目标的运动轨迹。本文对多平台被动定位的方法进行了研究,采用四只矢量水听器组成了不同几何类型的测量阵型,进行了定位精度的仿真分析,并阐述了不同几何类型的布站方案对目标定位精度的影响。数据融合技术应用于多矢量水听器被动定位系统中,可以使多只矢量水听器测得的方位信息得到充分的利用,通过对冗余数据的选择和加权综合处理,在提高定位精度的同时也大大减小了测量盲区。最后使用十只等间距分布的矢量水听器潜标,研究矢量水听器布放深度和信噪比对不同布放位置的矢量水听器测量精度的影响,可以实现对非合作运动目标的被动测量。计算机仿真证明了矢量水听器被动定位算法的可靠性和有效性,同时辅以湖试试验加以验证,可以应用在水下目标被动定位系统中。研究结果可以满足新型靶场试验的要求,为其提供数据上的支持,并为实验测量提供指导意见,在工程上容易实现,具有较高的实用价值。


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