水下小平臺(tái)上矢量傳感器及其陣列應(yīng)用研究.pdf

1、隨著矢量傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其在水下小平臺(tái)上的應(yīng)用需求日益受到關(guān)注。由于安裝平臺(tái)的聲散射導(dǎo)致矢量傳感器各通道的接收特性畸變，進(jìn)而影響后級(jí)信號(hào)處理結(jié)果的正確性，成為限制其在水下小平臺(tái)上的工程應(yīng)用的嚴(yán)重障礙。為了減小水下小平臺(tái)上矢量傳感器接收特性受聲散射的影響，實(shí)現(xiàn)單矢量傳感器及其組成陣列在平臺(tái)散射條件下的測(cè)量結(jié)果的有效性，本文針對(duì)矢量傳感器及其陣列在水下小平臺(tái)上的應(yīng)用展開了研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1.針對(duì)現(xiàn)有的研究多偏重

2、分析矢量傳感器受較為單一阻抗邊界類型(絕對(duì)軟、絕對(duì)硬或可用解析法求解的球殼、無(wú)限長(zhǎng)柱殼)的障板散射場(chǎng)影響的問題，利用有限元耦合邊界元方程，計(jì)算了雙層殼體的聲散射對(duì)矢量傳感器測(cè)量的影響，分析了矢量傳感器的安裝位置及內(nèi)外殼體間浮力材料的密度特性對(duì)矢量傳感器指向性的影響規(guī)律。當(dāng)入射聲波頻率較低時(shí)，由于聲波的繞射作用，安裝在平臺(tái)外部的矢量傳感器出現(xiàn)指向性峰值，其接收指向性較差，而安裝在浮力材料內(nèi)部的矢量傳感器指向性相對(duì)較好；隨著聲波頻率的升高，

3、內(nèi)外殼體間浮力材料內(nèi)的散射波增強(qiáng)，安裝在浮力材料內(nèi)部的矢量傳感器指向性變差。此外，當(dāng)增大浮力材料的密度時(shí)，材料的楊氏模量隨之增加，其彈性振動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致矢量傳感器受散射波的影響增大。
　　2.針對(duì)現(xiàn)有的研究多偏重矢量傳感器受不同類型障板(形狀、邊界條件)聲散射的影響，但較少涉及如何減小平臺(tái)聲散射對(duì)矢量傳感器接收特性影響的問題，提出了在平臺(tái)表面覆蓋吸聲材料的有效措施，研究并分析了吸聲材料的聲學(xué)參數(shù)(吸聲材料的厚度、損耗系數(shù)及粘貼位置等

4、)對(duì)水下平臺(tái)聲學(xué)特性的影響規(guī)律，進(jìn)一步計(jì)算并對(duì)比了覆蓋吸聲材料前后水下小平臺(tái)上矢量傳感器的接收聲學(xué)特性，結(jié)果顯示覆蓋吸聲材料可以改善矢量傳感器各通道指向性圖的右半部分，且對(duì)靠近平臺(tái)端面的某一扇形區(qū)域的指向性改善效果較為明顯，并通過水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真計(jì)算結(jié)果的正確性。
　　3.針對(duì)水下小平臺(tái)上矢量傳感器各通道接收特性畸變，導(dǎo)致其測(cè)向結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至在受平臺(tái)散射影響較大時(shí)出現(xiàn)結(jié)果失效的問題，分析并總結(jié)了聲波的入射頻率、矢量傳感器的安裝

5、位置、安裝點(diǎn)距平臺(tái)的距離及平臺(tái)聲學(xué)特性等因素的改變對(duì)矢量傳感器測(cè)向精度的影響規(guī)律。為了進(jìn)一步提高安裝平臺(tái)上矢量傳感器的測(cè)向精度，提出了根據(jù)平臺(tái)散射影響計(jì)算出不同頻率、入射角度下安裝在其上的矢量傳感器的測(cè)得方位，并建立由測(cè)得方位與目標(biāo)真實(shí)方位的映射關(guān)系，再在實(shí)際測(cè)量中由測(cè)得方位映射至目標(biāo)真實(shí)方位的反演法。針對(duì)受散射波影響較大時(shí)反演法存在的測(cè)得方位隨目標(biāo)真實(shí)方位變化曲線不單調(diào)的問題，給出了提高反演法的適用性的有效措施。
　　4.針對(duì)水

6、下小平臺(tái)的聲散射影響矢量陣各通道的接收特性，并導(dǎo)致其方位估計(jì)性能受影響的問題，建立了聲散射影響下矢量陣接收信號(hào)的模型，分析了矢量陣接收通道的幅度增益和相位偏移的改變對(duì)常規(guī)波束形成、MVDR和MUSIC算法方位估計(jì)性能的影響。由于不同目標(biāo)方位時(shí)矢量陣所受平臺(tái)聲散射的影響程度不同，分析了陣列的方位估計(jì)性能隨目標(biāo)入射方位的變化規(guī)律，結(jié)果表明在陣列的法線方向附近矢量陣各通道的幅度增益和相位偏移相對(duì)較小，各算法下矢量陣的方位估計(jì)能較好；隨著目標(biāo)方