甚低頻矢量水聽(tīng)器潛標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、矢量水聽(tīng)器是由無(wú)指向性的聲壓水聽(tīng)器和具有偶極子指向性的質(zhì)點(diǎn)振速傳感器復(fù)合而成，其矢量通道的指向性與頻率無(wú)關(guān)，在低頻和甚低頻聲場(chǎng)參數(shù)獲取、遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)與定位中具有廣闊的應(yīng)用前景。矢量水聽(tīng)器同步、共點(diǎn)測(cè)量聲場(chǎng)空間一點(diǎn)處的聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速的三個(gè)正交分量，相比較聲壓水聽(tīng)器，增加了信息量，為后續(xù)的信號(hào)處理提供了更廣闊的選擇空間。同時(shí)也對(duì)安裝平臺(tái)提出了新的要求，安裝平臺(tái)的選擇和設(shè)計(jì)是確保矢量水聽(tīng)器應(yīng)用的基本前提之一，尤其在低頻和甚低頻段。隨著研究的

2、深入，矢量水聽(tīng)器技術(shù)必將更廣泛的應(yīng)用在水聲領(lǐng)域。
　　 本文在回顧了矢量水聽(tīng)器的低頻校準(zhǔn)技術(shù)、海洋浮標(biāo)技術(shù)和被動(dòng)目標(biāo)方位跟蹤技術(shù)的基礎(chǔ)上，以甚低頻矢量水聽(tīng)器潛標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)為背景，對(duì)低頻和甚低頻矢量水聽(tīng)器校準(zhǔn)技術(shù)、低頻和甚低頻聲場(chǎng)矢量觀測(cè)系統(tǒng)和單矢量水聽(tīng)器目標(biāo)方位跟蹤技術(shù)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。
　　 首先，論文針對(duì)低頻和甚低頻動(dòng)圈式矢量水聽(tīng)器校準(zhǔn)困難的問(wèn)題，對(duì)水池中低頻和甚低頻矢量水聽(tīng)器校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行了研究。借鑒空氣聲學(xué)相關(guān)原

3、理，分析了矩形水池中低頻聲源輻射連續(xù)簡(jiǎn)諧波時(shí)的聲場(chǎng)。在靠近聲源的位置，聲場(chǎng)中以直達(dá)聲為主，并呈球面擴(kuò)展規(guī)律。基于水池聲場(chǎng)的這一特性，論文中提出了低頻和甚低頻矢量水聽(tīng)器的水池校準(zhǔn)方法。水池中矢量水聽(tīng)器的校準(zhǔn)是在球面波聲場(chǎng)中進(jìn)行的，為獲得等效平面波聲場(chǎng)中的結(jié)果，需要對(duì)測(cè)量的原始結(jié)果進(jìn)行球面修正，文中給出了等效的校準(zhǔn)方法。論文介紹了利用該校準(zhǔn)方法在水池中對(duì)動(dòng)圈式矢量水聽(tīng)器進(jìn)行校準(zhǔn)的工作，校準(zhǔn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　 其次，論文

4、中進(jìn)行了聲場(chǎng)矢量觀測(cè)系統(tǒng)的研究。針對(duì)矢量水聽(tīng)器工作時(shí)對(duì)安裝平臺(tái)姿態(tài)有一定要求的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于潛標(biāo)的安裝平臺(tái)。潛標(biāo)體的受力分析和海上試驗(yàn)結(jié)果都證明了潛標(biāo)體在水下姿態(tài)平穩(wěn)，滿足矢量水聽(tīng)器工作要求。設(shè)計(jì)了低噪聲數(shù)據(jù)采集單元，使觀測(cè)系統(tǒng)能夠正確的采集聲場(chǎng)信息。設(shè)計(jì)了自容式存儲(chǔ)單元和無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，采集的數(shù)據(jù)可以自容式存儲(chǔ)或?qū)崟r(shí)上傳至主站。多次海上試驗(yàn)表明，聲場(chǎng)矢量觀測(cè)系統(tǒng)中的潛標(biāo)在水下姿態(tài)穩(wěn)定，采集單元能夠正確記錄聲場(chǎng)信息。該系統(tǒng)能夠完低頻和甚

5、低頻聲場(chǎng)矢量信息的記錄，是低頻和甚低頻聲場(chǎng)矢量分析、遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)研究的重要手段。
　　 再者，針對(duì)單矢量水聽(tīng)器的被動(dòng)目標(biāo)方位跟蹤問(wèn)題，在利用互譜聲強(qiáng)法對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行預(yù)估計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了采用概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法對(duì)在跟蹤波門內(nèi)的方位值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，更準(zhǔn)確的估計(jì)目標(biāo)方位。目標(biāo)的方位跟蹤屬于非線性跟蹤范疇，方位角隨時(shí)間的變化并非線性，論文引入了輸入估計(jì)法來(lái)估計(jì)方位角的加速度值，改進(jìn)了概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，對(duì)目標(biāo)的方位角進(jìn)行跟蹤。針對(duì)多