長基線定位信號處理若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、聲學(xué)定位與導(dǎo)航技術(shù)是水下目標跟蹤的核心技術(shù)，是海洋科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。隨著國家對海洋開發(fā)和海防建設(shè)的高度重視和巨大投入，聲學(xué)定位與導(dǎo)航技術(shù)迎來了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。 本文主要針對長基線聲學(xué)定位中的信號處理若干關(guān)鍵技術(shù)進行研究，主要內(nèi)容包括基于濾波和陷波組合應(yīng)用的多通道自適應(yīng)Notch濾波器組設(shè)計、基于信道多途抑制的時延估計技術(shù)、基于瞬時參數(shù)估計的信號檢測技術(shù)等。 單通道自適應(yīng)Notch濾波器是提取單頻信號的有效手段，

2、但是當面臨多個線譜成份時，其性能明顯下降。本文分析了并聯(lián)多通道和級聯(lián)多通道自適應(yīng)Notch濾波器的特性，提出了濾波和陷波功能組合使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，設(shè)計和構(gòu)建了多通道自適應(yīng)Notch濾波/陷波器組，實現(xiàn)了多個單頻信號的分別提取，并且避免了線譜干擾源引起的包絡(luò)波動，從而提高了信號檢測能力。目前，這種濾波器組結(jié)構(gòu)設(shè)計已應(yīng)用到工程實踐當中，效果良好。 時延估計誤差是影響系統(tǒng)定位精度的重要因素之一。由于水下聲信道的多途特性，接收點信號的

3、幅度、相位、頻率發(fā)生畸變，對時延估計精度產(chǎn)生嚴重影響?；陂L基線系統(tǒng)的定位導(dǎo)航原理，本文分析了單陣元時延估計誤差對系統(tǒng)定位精度的影響，論證了目標位于陣內(nèi)不同位置時直達聲和海面一次反射聲相位差的變化規(guī)律，探討了界面反射對系統(tǒng)定位精度影響的物理機理，并利用信號疊加特征提出了一套信道多途抑制新策略。該策略對提高系統(tǒng)檢測“相消干涉”信號的能力和時延估計精度、改善聲學(xué)定位系統(tǒng)性能有積極作用。 參數(shù)估計理論在信號檢測領(lǐng)域的成功應(yīng)用極大地促進

4、了信號檢測技術(shù)的發(fā)展。瞬時頻率方差檢測器(VIFD)是一種典型的基于瞬時頻率估計的信號檢測器，它運算量小、性能穩(wěn)健，成功解決了工程中檢測多通道CW信號、抗通道串漏、抗混響干擾等技術(shù)問題，但該檢測器只適用于載頻恒定的信號。本文將VIFD的檢測思想予以推廣，利用LFM信號和HFM信號的頻率特征，提出了兩種新型“瞬時參數(shù)方差檢測器”——調(diào)頻斜率方差檢測器(VFMSD)和周期斜率方差檢測器(VPSD)。另外，針對其他信號形式，借用參數(shù)估計中的

5、最小均方誤差概念，設(shè)計了瞬時頻率均方誤差檢測器(MSEIFD)，提出了匹配濾波器(MF)與MSEIFD聯(lián)合檢測的思想，并進行了仿真驗證。 水聲收發(fā)機是大型水聲測控裝備項目——SUNO系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。本文基于SUNO系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計并實現(xiàn)了一套多功能水聲收發(fā)機，介紹了水聲收發(fā)機的軟、硬件設(shè)計思想和實施方案，并通過模擬器、湖試和海試試驗對該系統(tǒng)進行了驗證，同時利用消聲水池定點測試和高精度定位標定系統(tǒng)分析了該套系統(tǒng)的定位精度。