淺海水聲定位技術及應用研究.pdf

1、水聲定位技術在軍事和海洋科學領域都有廣泛的應用，它在保障國家的國防安全和國民經(jīng)濟建設的順利進行中起著重要作用?；跍y時的長基線水聲定位系統(tǒng)由于定位精度高、范圍廣的特點是常用的定位方法之一。根據(jù)不同的工作方式可以選取不同的定位數(shù)學模型，包括球定位數(shù)學模型、雙曲線定位數(shù)學模型等。無論選用哪種定位數(shù)學模型，目標與水聽器之間的斜距都是通過傳播時間與聲速的乘積獲得，通過求解非線性方程組進行目標位置估計。目前普遍采用經(jīng)驗聲速的方法獲得聲速值，它適用

2、于聲速剖面變化不大、海底與海平面對聲傳播的作用可以忽略的深海海域或者短距離定位的情況。淺海海域由于自身的特點對聲傳播影響很大，淺海兩點的聲速值由于不同的到達結(jié)構而不同。為了提高測距和水聲定位精度，本文選取淺海海域兩點間的聲速，研究了淺海水聲定位技術及應用問題。 眾所周知，淺海水聲定位主要包括兩個方面：一是聲場建模，二是定位算法研究。聲場建模是水聲定位的基礎，而射線理論是常用的一種模型。淺海海域由于復雜性、多途性等特點使得聲線傳播

3、非常復雜，目前基于聲線跨度的射線理論聲場模型具有精度低并且本征聲線搜索不全的缺點。本文在研究淺海聲線傳播的基礎上應用有窮狀態(tài)自動機理論對淺海聲場進行建模，聲線傳播嚴格遵循Snell定律?；谟懈F狀態(tài)自動機的淺海聲場模型克服了其他模型難以處理反轉(zhuǎn)點處和反射點處聲線傳播誤差大的缺點，具有更高的計算精度。數(shù)值仿真驗證了該模型的有效性和正確性。 有效聲速法根據(jù)不同的聲線到達結(jié)構區(qū)分聲速值，數(shù)值模擬和實驗驗證表明：深海有效聲速法比經(jīng)驗聲速

4、法極大地提高了水聲定位精度。本文在深海有效聲速法概念的基礎上發(fā)展并提出了淺海有效聲速法，淺海有效聲速可以根據(jù)有窮狀態(tài)自動機的聲場模型計算得出。為了滿足水聲定位實時性的要求，本文提出了淺海有效聲速建表法和查表法，并通過數(shù)值模擬驗證了方法的正確性。 淺海水聲定位技術及應用研究作為本文的另一個研究內(nèi)容，本文對深度已知的準三維定位數(shù)學模型、傳感器網(wǎng)絡導致冗余信息存在等不同情況下的基于有效聲速法的水聲定位算法進行研究，模擬仿真得出以下結(jié)論

5、：準三維的定位數(shù)學模型受控于深度信息，在實際應用中盡量采用三維定位數(shù)學模型；冗余信息可以提高水聲定位精度。通過對定位解的模糊性、無解性及水聲定位精度的幾何精度因子分析，得出一些有益的結(jié)論。數(shù)值模擬結(jié)果和理論相吻合，為水聲定位技術的應用提供理論依據(jù)和技術支持。 淺海水聲定位技術的研究旨在解決國家安全和國民經(jīng)濟建設問題，本文對此開展了深入的理論及數(shù)值研究。所做的工作能夠?qū)Ｑ筇綔y與開發(fā)、海洋工程建設、海洋環(huán)境監(jiān)測和水下潛艇定位提供理