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基于参量阵的沉积目标探测技术研究

张雷  
【摘要】: 探测浅埋于海底沉积物中的水雷等小目标比探测水中目标要困难得多,原因主要有以下几个方面:海底沉积物的反向散射噪声高、声波的衰减大、声影不存在和声束可能倾斜于目标表面等因素都使掩埋目标的探测和识别变得更加复杂。尤其是在浅海,背景噪声和海底混响严重影响了目标信号的声学检测。在极端情况下,必须采用可接近沉积目标的无人水下航行器及其携带的声纳系统,才能够有效探测和识别沉积目标。为此,设计一种适应于浅海环境应用的小型声学相控参量阵,该参量阵可安装在UUV(Unmanned Underwater Vehicle,无人水下航行器)的底部用于探测沉积目标。本文主要内容如下: 1.利用韦斯特威尔特的声学模型,分析研究了声学参量阵技术的基本理论。通过数值仿真,比较参量阵与普通圆形活塞换能器阵在指向性方面的差异。为了对参量阵进行深入研究,设计了一个9元参量阵系统,并做了相关的验证实验。 2.设计了一个方便安装于UUV底部的声纳基阵,用于探测浅埋于海底沉积物中的目标。该声纳基阵包括一个可产生高指向性低频声波的参量发射线阵、用于水深测量的主频声波信号接收器和宽带低频声波水听器平面阵。文中对声纳基阵的结构和性能进行了分析和数值仿真。利用相控阵波束扫描技术和侧扫声纳成像原理,可以得到多角度的沉积目标的二维图像,并以此提高沉积目标检测概率。 3. UUV及其携带的声纳基阵在探测目标过程中,一方面要确保UUV保持匀速直线运动,另一方面要保证底部的声纳基阵姿态稳定。文中研究认为:可利用三维电子罗盘实时测试UUV的姿态数据,并将测量的姿态数据送给UUV控制机构调整UUV的姿态,同时将姿态数据和声纳探测数据结合起来进行目标成像。这样,声纳系统才不会因为姿态不稳定导致目标成像质量和检测概率的下降。


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